Фамилия Алтымбаев — редкий пример, в котором тюркское числительное стало основой родового имени. Вопреки расхожему мнению, что фамилии на -баев почти всегда восходят к личному имени Бай (богатый, господин), здесь первая часть сложнее.

Разбираем по составу. Корень «алты» в тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) означает «шесть». Второй компонент «бай» — титул или обозначение богатого, уважаемого человека. Суффикс -ев — русский патронимический формант, который добавили при оформлении фамилии в документах. Таким образом, Алтымбаев — буквально «сын Шести-бая» или «потомок того, кого прозвали Шесть баев».

Самая правдоподобная версия происхождения прозвища Алтымбай — родительская. В тюркской среде существовал обычай давать ребёнку имя-оберег по порядку рождения. Алтымбаем могли назвать шестого сына в семье, подчёркивая его место в ряду братьев. По другой версии, прозвище могло быть ироничным — так могли окрестить бедняка, у которого «богатства» ровно на шесть монет, или, наоборот, человека, владевшего шестью видами скота.

Географически фамилия тяготеет к южному Уралу и Зауралью. Наибольшая концентрация носителей — в Башкортостане, Челябинской и Оренбургской областях, реже встречается у казахов. В русских переписных книгах XVIII–XIX веков фамилия почти не фиксируется, что говорит о её позднем документальном оформлении — скорее всего, в начале XX века, при массовой паспортизации.

С точки зрения словообразовательной модели, Алтымбаев стоит в одном ряду с фамилиями Уразбаев (от ураз — счастье), Туктарбаев (от туктар — остановись). Но числительное в основе встречается реже: аналоги — Алтынбаев (от алтын — золото, а не от числа) или Бирюков (от бир — один). Поэтому путать Алтымбаева с Алтынбаевым не стоит — это разные корни.

Социальный статус предков, скорее всего, был крестьянским или скотоводческим. Среди носителей нет известных исторических личностей, вошедших в общероссийские энциклопедии. Фамилия остаётся локальной, крепко привязанной к региону, где числительное в имени не было редкостью.