Фамилию Болтабаев образовали от мужского имени Болтабай. Имя это составное и происходит из тюркских языков, распространённых в Средней Азии, прежде всего в Узбекистане. Первая часть имени — «болта» — переводится как «стремительный, быстрый». Вторая часть — «бай» — означает «богатый, господин, хозяин». В имени Болтабай слово «бай» выполняет роль усилительной частицы, превращая характеристику в пожелание. Получается, что полный смысл имени — «быстрый, как богатырь» или «стремительный господин».

Нарекая сына Болтабай, родители желали ему стать сильным, ловким, много успевать в жизни. В тюркской ономастике (науке об именах) такие двухосновные имена с компонентом «бай» — одна из самых распространённых моделей. Имя Болтабай фиксируется в узбекской среде, хотя встречается и у других народов региона — казахов, каракалпаков, уйгуров.

Фамилии на -ев, образованные от имён с конечным -ай, типичны для тюркских народов. Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких согласных) выполняет здесь роль русского патронимического суффикса, который добавили при оформлении фамилии по российской бюрократической модели в XIX — начале XX века. Таким образом, Болтабаев буквально означает «потомок Болтабая» или «из рода Болтабаевых».

Географически фамилия Болтабаев распространена в Узбекистане, а также среди выходцев из Средней Азии в России и Казахстане. Встречаются варианты написания с одной «б» — Болтабаев, но это одна и та же фамилия. В русском языке ударение обычно падает на последний слог — Болтаба́ев, хотя в языке-источнике ударным может быть первый слог имени Болтаба́й.