Фамилия Батырбиев — редкий пример тюркско-персидского сращения, закреплённого русским суффиксом. Её основа — составное имя Батырбий, где «батыр» (тюркск.) означает «богатырь», «храбрец», «герой», а «бий» (тюркск. из др.-тюрк. *bēg) — «князь», «господин», «вождь». Получается «князь-богатырь» или «храбрый господин». Такие двусоставные имена были популярны у тюркских народов, особенно у татар, башкир, ногайцев, казахов: имя должно было задать мальчику судьбу воина-предводителя.

Формант «-ев» — не тюркский, а русский патронимический суффикс, указывающий на принадлежность («сын Батырбия»). Фамилия образовалась, когда носителя имени Батырбий записали в русских документах как «Батырбиев сын», а затем это закрепилось за его потомками. Окончание «-ев», а не «-ов», подсказывает, что основа заканчивалась на мягкий согласный или «й» (Батырбий → Батырбиев).

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением в составе России: Татарстан, Башкортостан, Оренбуржье, отчасти Кавказ. Встречается она редко, что говорит либо о локальном происхождении (одно-два села), либо о сравнительно поздней русификации — в XIX веке многие нерусские фамилии получили русские окончания при переписях.

Если копнуть глубже, имя Батырбий могло быть не родовым, а личным прозвищем, данным за воинскую удаль. В тюркской среде нередко давали «говорящие» имена-титулы, и потомки уже носили фамилию по этому прозвищу. Другой вариант — фамилия восходит к названию должности: в некоторых ханствах «батырбием» называли военачальника, отвечавшего за дружину. Но без письменных источников по конкретному роду это лишь правдоподобная гипотеза.

В словарях тюркских фамилий (например, у А.Х. Халикова или Г.Ф. Саттарова) имя Батырбий фиксируется как типичное для казанских татар и мишарей. Фамилия Батырбиев — закономерное русское переоформление этого имени, и её носители в подавляющем большинстве — потомки тюркских мусульман, чьи предки приняли русскую фамильную модель в XIX веке.