Фамилия Байтуев — редкий случай, когда географический и языковой след почти не оставляет сомнений в происхождении. Её основа — тюркское личное имя Байтуй. «Бай» в тюркских языках означает «богатый, знатный, господин», а «туй» — «праздник, свадьба, пир». В сумме имя Байтуй можно перевести как «богатый праздник» или «знатное торжество». Такие имена давали с пожеланием, чтобы жизнь ребёнка была счастливой и изобильной, как большой пир.

Словообразовательная модель фамилии — патроним на -ев, характерный для русских фамилий, образованных от основ на -й или мягкий согласный. В XVI–XIX веках, когда русские писцы и священники фиксировали имена нерусских народов, они часто добавляли к тюркским именам русские суффиксы. Так Байтуй превратился в Байтуев — «сын Байтуя». Фамилия не содержит редких суффиксов вроде -ин или -ский, что указывает на относительно позднюю фиксацию, скорее всего в XIX веке, когда массово оформлялись фамилии у башкир, татар, казахов и других народов.

Основной ареал фамилии — Башкортостан, Татарстан, Оренбургская и Челябинская области. Встречается она и у казахов, но реже: у них патронимы обычно образуются через суффиксы -улы/-кызы, а не через -ев. Поэтому с высокой вероятностью Байтуевы — это башкиры или татары, чьи предки получили фамилию при переходе на русское делопроизводство. Сословно это могли быть государственные крестьяне, тептяри или башкиры-вотчинники — то есть люди, не принадлежавшие к дворянству, но имевшие земельные права.

В ономастической литературе фамилия Байтуев не описана в классических словарях Унбегауна или Веселовского — она слишком локальна и поздняя. Но её структура полностью укладывается в модель, которую разбирал В. А. Никонов для тюркских фамилий на -ев. Если сравнивать с однокоренными: Байтуганов, Байтурин — везде основа «бай» плюс пожелательное имя. Отличие Байтуева в том, что вторая часть «туй» не указывает на родство или профессию, а именно на событие, что делает фамилию более поэтичной по смыслу.

Спорных версий немного. Можно предположить, что основа — не имя, а прозвище Байтуй, данное человеку, который любил устраивать пиры или был известен богатыми свадьбами. Но это лишь переосмысление того же корня: имя и прозвище в тюркской традиции часто совпадают. Альтернативная гипотеза, что «туй» восходит к монгольскому «туй» — «знамя», маловероятна для Поволжья и Урала, где монгольское влияние слабее тюркского.