Фамилия Булгунбаева — яркий пример антропонима, который почти наверняка ведёт родословную из тюркоязычной среды, скорее всего из казахской, башкирской, киргизской или татарской традиции. Основа фамилии — имя или прозвище Булгунбай. Суффикс -ев и окончание -а указывают на русскую грамматическую обработку: фамилия образована по модели притяжательного прилагательного, отвечающего на вопрос «чей?» — то есть «принадлежащий Булгунбаю». Женский род формы (Булгунбаева) типичен для русской паспортной системы, где дочери и жёны получают окончание -а, но сама фамилия восходит к мужскому предку.

Корень «булгун» в тюркских языках многозначен. В казахском и киргизском «булгун» (бүлгүн) может означать «смута», «волнение», «беспорядок», но также — «смуглый», «тёмный» (о цвете лица). В башкирском слове «болғон» близкое значение — «тревога», «суматоха». Вторая часть — «бай» — классический тюркский компонент, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Булгунбай могло иметь несколько мотиваций. Самая прямая: так называли ребёнка, родившегося в неспокойное время, в период смут — своего рода оберег или память о событии. Вторая версия: прозвище по внешности — «смуглый богатырь» или «темнолицый бай», что в кочевой среде не было оскорблением, а скорее констатацией особенности.

Словообразовательная модель с компонентом -бай типична для дореволюционных тюркских имён, которые затем превратились в фамилии. Такие имена часто давали с пожеланием богатства, силы или для защиты от злых духов. Примечательно, что фамилия Булгунбаева сохраняет редкий корень «булгун», который встречается в тюркских языках реже, чем, скажем, «батыр» или «алтын». Это делает фамилию локально и диалектно окрашенной — носители, скорее всего, происходят из региона, где этот корень был в ходу (например, южные или западные области Казахстана, Башкортостан или Киргизия).

Сословно предки Булгунбаевых, вероятно, относились к свободным кочевникам-скотоводам или к крестьянству, которые после присоединения среднеазиатских и приуральских земель к Российской империи получили фамилии по имени отца. Никаких документальных свидетельств о дворянском происхождении этой фамилии нет — она бытовая, народная. География её распространения узкая: фамилия встречается в основном на территории Казахстана и в прилегающих регионах России (Оренбургская, Астраханская области, Башкортостан). В центральной России она редка.

Если отбросить экзотические версии (например, связь с болгарским словом «булгун» или монгольскими корнями), наиболее правдоподобной остаётся тюркская основа с прозрачной внутренней формой: «смуглый хозяин» или «рождённый в смуту». Спор о том, что первично — цвет кожи или событие, — разрешить без генеалогического древа конкретной семьи невозможно, но обе версии рабочие и не противоречат тюркской ономастике.