Фамилия Булгумбаева — редкий пример, где основа, суффикс и география бытования складываются в почти однозначную картину. Сразу бросается в глаза нерусская, тюркская основа и нетипичный для русских фамилий суффикс -баев. Это указывает на происхождение из тюрко-монгольской среды, скорее всего, из казахской, башкирской или ногайской традиции, где компонент «бай» означал «богатый», «господин», «хозяин». В русских фамилиях такой суффикс почти не встречается, зато он широко распространён в ономастиконе народов Урала и Поволжья, Средней Азии и Кавказа.

Корень «булгум» — спорный. Самая правдоподобная версия связывает его с тюркским словом «булгун» или «булгум» — «смута», «беспокойство», «мятеж». В этом случае фамилия Булгумбаев могла означать «сын смутьяна» или «потомок беспокойного человека» — прозвище, данное за бурный нрав или участие в волнениях. Менее вероятна, но возможна связь с казахским «бұлғам» — «перемешивать», «мешать»; тогда прозвище могло относиться к человеку, который вносил раздор или путаницу. Третья версия — от имени-оберега: в тюркской среде иногда давали «плохие» имена, чтобы отогнать злых духов, и Булгумбай могло быть таким именем-защитой.

Женская форма Булгумбаева — это, по сути, фамилия жены или дочери Булгумбая. В русском языке она получила окончание -а, подчинившись грамматическому роду, но основа осталась неизменной. Географически фамилия встречается в основном в Казахстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях России — то есть в регионах, где исторически кочевали и оседали тюркские народы. В дореволюционных метрических книгах и переписях её почти нет, что объяснимо: у степных народов фамилии в современном виде закрепились поздно, в основном в советское время, когда началась массовая паспортизация.

Что касается сословной принадлежности, то носители фамилии, скорее всего, происходили из среды скотоводов или мелких баев — зажиточных хозяев. Компонент «бай» в основе намекает на определённый достаток, хотя прозвище «булгум» могло быть дано и бедняку за характер. Точных данных о древности фамилии нет, но её структура типична для ономастикона XIX–начала XX века, когда тюркские родовые имена превращались в фамилии через добавление -баев/-баева.