Фамилия Бельбеев образована от тюркского имени Бельбей, где «бель» — «талия, поясница» или «знак, метка», а «бей» — «господин, князь». В буквальном прочтении имя могло означать «господин с поясом» или «отмеченный господин», но в бытовом употреблении, скорее всего, было прозвищем по внешнему признаку или положению. Тюркские корни фамилии указывают на её происхождение в среде татар, башкир или других народов Поволжья и Приуралья, где такие двухосновные имена были распространены.

Модель образования проста: к основе Бельбей добавлен русский патронимический суффикс -ев, который закрепился за фамилией после вхождения тюркских народов в состав Российского государства. Это типичная история для фамилий, возникших в XVI–XVIII веках, когда крещёные или служилые тюрки получали фамилии по имени отца. Суффикс -ев, а не -ин, указывает на то, что основа оканчивается на согласный или йот — в данном случае на «й», что и дало форму Бельбеев (а не Бельбеин).

Географически фамилия наиболее характерна для Татарстана, Башкортостана, Оренбургской и Челябинской областей, а также встречается среди сибирских татар. В дореволюционных переписях носители фамилии могли числиться как государственные или удельные крестьяне, реже — как казаки. Сословная принадлежность не была единой: встречаются как оседлые земледельцы, так и представители служилого татарского сословия.

Спорных версий происхождения немного. Иногда Бельбеева пытаются связать с тюркским «балбан» — «богатырь, силач», но фонетически это натяжка: для перехода «балбан» в «бельбей» нет убедительных примеров. Намного правдоподобнее версия с именем Бельбей, которое фиксируется в старых татарских родословных. Встречается также вариант написания Бельбаев — с заменой «е» на «а» под влиянием акающих говоров, но это уже более поздняя орфографическая вариация.

Если отбросить экзотику, фамилия Бельбеев — это типичный пример того, как тюркское личное имя, возможно, прозвищного характера, превратилось в русскую фамилию через суффикс принадлежности. Предки носителя, скорее всего, были людьми, получившими имя Бельбей при рождении, и их потомки сохранили эту связь с прошлым в фамильной форме.