Фамилия Алтыбаев образована от тюркского составного имени Алтынбай, где первая часть «алтын» означает «золото» или «золотой», а вторая — «бай» (господин, богатый человек, хозяин). Таким образом, имя Алтынбай можно перевести как «золотой господин» или «богатый, как золото». Это имя давали мальчикам как пожелание достатка, удачи и высокого положения в обществе.

Словообразовательная модель фамилии — типичная для русской адаптации тюркских имен: к основе Алтынбай добавили русский патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность к роду («сын Алтынбая»). В татарской и башкирской среде встречается и вариант Алтынбаев, но в русском написании через «ы» (Алтыбаев) закрепился из-за редукции гласного.

Географически фамилия распространена в Татарстане, Башкортостане, а также среди казахских и киргизских родов, где имя Алтынбай известно с давних времен. Встречается и в Оренбургской, Челябинской областях — регионах, где исторически жили тюркоязычные народы.

Интересная деталь: имя Алтынбай не было исключительно мусульманским — его могли давать и в языческой среде тюрков, так как «золото» символизировало солнце, власть и плодородие. Поэтому у носителей фамилии предки могли быть как знатными людьми (баями), так и обычными скотоводами, просто желавшими сыну богатой жизни.