Фамилия Болатбаев — яркий пример тюркского именования, которое попало в русскую фамильную систему через Казахстан и Среднюю Азию. Её основа — мужское личное имя Болатбай. Оно составное: первая часть «Болат» — это казахская и тюркская форма персидского слова «пулад» (булат, сталь). В тюркской среде имя Болат давали мальчикам с пожеланием твёрдости характера и несгибаемости, сравнивая с высококачественной сталью. Вторая часть «бай» означает «богач», «хозяин», «господин» — типичный компонент многих тюркских имён, который указывал на достаток или уважение к главе рода. Таким образом, имя Болатбай переводится как «стальной господин» или «богач, твёрдый как сталь».

Модель образования фамилии — классическая для русификации тюркских фамилий. К основе Болатбай добавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). В большинстве тюркских языков фамилий в привычном нам виде не было до XIX–XX веков — людей называли по имени отца, деда или по прозвищу. При переходе в российскую административную систему (переписи, паспорта, воинский учёт) такие именования закреплялись с русскими суффиксами. Болатбаев буквально означает «сын Болатбая».

География фамилии сосредоточена в основном в Казахстане и среди казахов, живущих в России (Оренбургская, Астраханская области, Алтайский край). Встречается она и у татар, башкир, ногайцев — народов, у которых имя Болат тоже было распространено. В русском написании возможны варианты: Болатбаев (через «а») и, реже, Булатбаев (через «у» — под влиянием русского произношения слова «булат»). Оба варианта означают одно и то же, но написание с «о» ближе к исходной казахской фонетике.

С точки зрения социального происхождения, носители фамилии вряд ли принадлежали к высшей аристократии или к крепостным крестьянам. Скорее всего, это были свободные скотоводы, воины, а позже — крестьяне-переселенцы или казаки, среди которых тюркские имена были обычным делом. В советское время фамилия не получила широкой известности за пределами региона, поэтому найти знаменитых носителей XVIII–XIX веков в общероссийских источниках почти невозможно — это локальная, а не элитарная фамилия.