Фамилия Бустубаев — яркий пример тюркской модели образования фамилий, которая встречается у башкир, татар, казахов и других народов Урало-Поволжья. Её основа — личное имя Бустубай, а суффикс -ев указывает на русскую адаптацию: так в XIX–XX веках оформляли фамилии при записи в метрические книги или при советской паспортизации.

Имя Бустубай составное, и его разбор даёт ключ к прозвищу предка. Первая часть, «бус», в тюркских языках может означать «пар», «туман» или «лёд» (ср. башкирское «боз» — лёд, «бус» — влажный туман). В переносном смысле это слово иногда прилагали к человеку сдержанному, холодноватому или тому, кто «затуманивал» следы — возможно, охотнику или сторожу. Вторая часть — «бай» (богатый, хозяин, господин) — широко распространённый компонент имён, указывающий на достаток или уважение. Таким образом, Бустубай — это «хозяин инея», «ледяной богатырь» или, более прозаично, человек, владевший чем-то, связанным с холодом (например, ледником или ледяным родником).

Встречается и другая, менее правдоподобная версия: связь с арабским словом «бус» (поцелуй) — тогда имя трактовали бы как «поцелованный богачом», но это противоречит тюркской ономастике, где имена-пожелания обычно строятся на бытовых или природных образах, а не на арабизмах в такой конструкции.

Сословно носители фамилии Бустубаев чаще всего были башкирами-вотчинниками или тептярями — то есть не крепостными, а лично свободными земледельцами и скотоводами. В дореволюционных документах фамилия встречается в юго-восточных кантонах Оренбургской губернии (территория современного Башкортостана). Редкость фамилии объясняется тем, что основа «бус» в именах встречается нечасто — куда популярнее были компоненты «ай» (луна), «тимер» (железо), «ян» (душа). Так что Бустубаев — фамилия с чётко читаемой географической и этнической привязкой, без сложных споров о происхождении.