Фамилия Алтынбай — редкий случай, когда тюркское имя перешло в русский документооборот без изменений, без привычных суффиксов -ов или -ин. Отсутствие русифицирующего окончания — главная подсказка для этимолога. Оно говорит либо о позднем оформлении фамилии (когда метрики уже не переделывали на русский лад), либо о том, что предки носителей — выходцы из регионов, где фамилии фиксировали по национальной модели.

Основа — составное тюркское имя Алтынбай. Первая часть, «алтын», означает «золото». Вторая, «бай», переводится как «богач», «господин», «хозяин». В древности баем называли не просто зажиточного человека, а главу рода, владельца скота и земли. Имя-пожелание Алтынбай («золотой богач» или «богатый как золото») родители давали сыну с надеждой на благополучие и достаток.

Такие имена распространены у многих тюркских народов: татар, башкир, казахов, узбеков. Однако написание «Алтынбай» без суффикса чаще встречается у башкир и казахов. В татарской среде фамилия, скорее всего, трансформировалась бы в Алтынбаев — с добавлением русского патронимического суффикса -ев. Сохранение исходной формы Алтынбай указывает на то, что фамилия либо закрепилась в документах в оригинальном виде, либо носители переселились в русскоязычную среду относительно недавно, когда обычай переделывать фамилии на русский лад уже угас.

Сравните с однокоренными фамилиями: Алтынбаев, Алтынбеков, Алтынтаев. Они строятся по той же схеме, но с разными вторыми компонентами (бек, тай). Все они отсылают к знатному или зажиточному положению предка. Фамилия Алтынбай — не про ремесло и не про место жительства, а про личное имя, которое давалось как зарок на удачу и богатство.