Фамилия Байтаулова — женская форма, мужской вариант — Байтаулов. В основе лежит тюркское составное имя или прозвище. Разберём его по частям: «бай» в тюркских языках означает «богатый», «господин», «хозяин», а «тау» — «гора». Второй компонент может восходить и к слову «таулы» — «горный», «живущий в горах». Таким образом, Байтаулов — это «богатый горами» или «горный господин».

Словообразовательная модель типична для фамилий тюркского происхождения, вошедших в русский обиход: к основе на согласный добавляется русский суффикс -ов/-ев, указывающий на принадлежность («чей?»). Первоначально Байтаулов — это «сын (или потомок) человека по имени или прозвищу Байтау».

Географически фамилия чаще всего встречается среди народов Поволжья и Приуралья — у башкир, татар, казахов. В башкирской и казахской ономастике имя Байтау (или Байтаулы) фиксируется как личное имя, нередко с пожелательной семантикой: родители желали сыну богатства и твёрдости, подобной горе. В тюркской традиции имя могло даваться и как оберег — чтобы ребёнок был крепок, как скала.

Есть и менее вероятная, но возможная версия: связь с названием местности. В Башкортостане и Казахстане встречаются топонимы Байтау (например, гора или урочище). В таком случае фамилия могла возникнуть от прозвища человека, который жил у этой горы или происходил оттуда. Однако в основе почти всегда лежит личное имя, а не географическое название.

Сравните с однокоренными фамилиями: Байтуганов (от «туган» — «родной»), Баймурзин (от «мурза» — «князь»), Байназаров. Все они построены по одной схеме: «бай» + второй корень, описывающий качество или род занятий. Байтаулов среди них выделяется «горной» образностью — она реже встречается в антропонимиконе.

Сословно фамилия не привязана к дворянству или духовенству: её могли носить и рядовые скотоводы, и зажиточные баи. Точных данных о первых носителях в открытых источниках нет, но ядро фамилии — тюркское, а русский суффикс указывает на то, что фамилия оформилась уже после вхождения регионов в состав Российской империи, в XVIII–XIX веках, при переписях и паспортизации.