Фамилия Атраубаева — редкий пример фамилии, образованной от географического названия с тюркским корнем, который почти не встречается в русском ономастиконе. Её основа — топоним Атрауба, который можно связать с казахским или ногайским «атрау» (остров, речной мыс) или диалектным «атрауба» (место у воды, излучина). Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: «из рода Атраубаевых» или «выходец из Атраубы».

Наиболее вероятная версия: фамилия происходит от названия населённого пункта Атрауба (или Атраубай) в Западном Казахстане или в Астраханской области, где исторически жили ногайцы и казахи. Человек, переселившийся из этого села, получал прозвище Атраубаев — «тот, кто из Атраубы». В пользу этого говорит и типичная для тюркских фамилий модель: топоним + русский патронимический суффикс.

Менее правдоподобна версия, что в основе лежит личное имя Атраубай (где «бай» — богатый, хозяин). Такое имя могло существовать, но в документах оно не зафиксировано, а фамилии от топонимов в этой среде встречаются чаще, чем от имён.

Фамилия почти не встречается за пределами бывших кочевых областей: Казахстан, Астраханская и Оренбургская области России. Поскольку она оканчивается на «-аева», а не на «-ова», перед нами женская форма; мужской вариант — Атраубаев. Носители фамилии — потомки скотоводов или рыбаков, живших у речных излучин, где и возникло их родовое гнездо.