Фамилия Бельбаева — женская форма фамилии Бельбаев, и её разбор стоит начать с окончания на -ев, а не на -ов. Это не случайность: суффикс -ев присоединялся к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или на -й. В данном случае основа Бельбай- (или Бельба-) дала форму Бельбаев, что указывает на происхождение от прозвища или имени Бельбай.

Самая вероятная версия: Бельбай — это тюркское составное имя или прозвище. Первая часть «бель» в тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) означает «талия», «поясница», а также «знак», «метка». Вторая часть «бай» — распространённый компонент, означающий «богач», «хозяин», «господин». Вместе «Бельбай» могло означать «богатый (или заметный) поясом» — возможно, прозвище человека, носившего особый пояс, либо указывавшее на осанку или стать.

Менее распространённая, но возможная версия — связь с диалектным русским словом «бельба» или «бельбас», которое в некоторых говорах означало «болтун», «пустомеля». Однако тюркское происхождение выглядит более убедительным, учитывая географию фамилии: Бельбаевы встречаются преимущественно в Поволжье и на Урале, в регионах с давним тюркским населением (Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область). Фамилия могла возникнуть у русских, принявших прозвище от соседей-тюрков, или у крещёных татар и башкир.

Интересная деталь: фамилия Бельбаев — не единственная с таким корнем. Есть однокоренные Бельбасов, Бельбашев, и все они, скорее всего, восходят к одному и тому же прозвищному гнезду. В словаре тюркских заимствований в русских фамилиях такие основы разбираются редко, поэтому Бельбаева — пример фамилии, где за простым звучанием скрывается неочевидная этническая и языковая история.