Фамилия Алтунбаева — редкий случай, когда тюркская основа не затерялась в русской суффиксальной обработке, а сохранилась почти целиком. Корень здесь — тюркское «алтун» (золото), а вторая часть восходит к слову «бай» (богатый, господин, хозяин). В сумме «Алтунбай» — это составное мужское имя, типичное для тюркских народов: «золотой богач» или «богатый золотом». Такие имена давали с пожеланием достатка и благополучия, реже — как прозвище человеку, который действительно владел золотом или славился богатством.

Фамилия образована по русской модели: к основе «Алтунбай» добавили суффикс -ев (фонетически закономерный вариант -ов после мягкого согласного), а затем — типичное для женских форм окончание -а. То есть Алтунбаева — это буквально «жена или дочь Алтунбая». Мужской вариант фамилии — Алтунбаев — встречается чаще, но в русской традиции обе формы равноправны.

Географически фамилия почти наверняка привязана к регионам, где исторически жили тюркоязычные народы: Башкортостан, Татарстан, Казахстан, а также южный Урал и Поволжье. У башкир и татар имя Алтунбай фиксируется в документах XVIII–XIX веков, особенно среди тех, кто занимался скотоводством и торговлей. В переписях того времени такие составные имена нередко переходили в фамилии без изменений, что и произошло с Алтунбаевыми.

Любопытная деталь: в отличие от многих тюркских фамилий на -ов, где основа часто обрусела до неузнаваемости (вроде Баевых или Ахметовых), здесь «алтун» и «бай» остались прозрачными для любого, кто знает тюркские языки. Это указывает на сравнительно позднее закрепление фамилии — вероятно, уже в XIX веке, когда именные прозвища перестали адаптировать на русский лад, а просто записывали как есть.

О сословном происхождении носителей фамилии сказать что-то определённое трудно: Алтунбаевы могли быть как зажиточными крестьянами или ремесленниками, так и представителями мелкой знати (например, башкирскими тарханами), но массовых данных нет. Известно только, что фамилия не относится к дворянским родам Российской империи — в родословные книги её не вносили.