Фамилия Алтунбековы образована от тюркского мужского имени Алтунбек. Оно составное: первая часть «алтун» (в разных тюркских языках — «золото»), вторая — «бек» («господин, повелитель, князь»). В буквальном смысле Алтунбек — «золотой господин» или «богатый повелитель». Имя Алтун, как самостоятельное, было широко распространено среди уйгуров.

Фамилия относится к древнему пласту восточных фамилий, чьи носители происходили из среды тюркских народов — выходцев из Золотой Орды, а также печенегов и половцев. Проникновение таких основ в русские фамилии связано с тем, что немало дворянских родов в России имели нерусские корни, в том числе татарские и тюркские. Временные рамки, в которые фамилия могла закрепиться, — XV–XVII века, когда многие служилые люди восточного происхождения переходили на русскую службу и получали земли, а их потомки постепенно русифицировали свои имена и прозвища.

Словообразовательная модель проста: к основе Алтунбек добавили русский патронимический суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Алтунбека). Таким образом, фамилия Алтунбековы — это «потомки Алтунбека». Форма множественного числа (Алтунбековы) подчёркивает родовую принадлежность.

Сведения о восточном происхождении фамилии обычно подтверждаются именем родоначальника. Споров по этимологии нет: обе части имени прозрачны для тюркской ономастики. Фамилия остаётся заметным памятником восточной письменности и культуры на русской почве.