Фамилия Чалбаев, скорее всего, тюркского происхождения. Её основа — слово «чалба» или «чалпа», которое в разных тюркских языках (ногайском, кумыкском, казахском, каракалпакском) означает «плоский», «сплюснутый», «широкий» или «приплюснутый». Прозвище Чалбай могли дать человеку с широким, приплюснутым носом или, реже, с широкоплечей, коренастой фигурой. Суффикс «-ев» указывает на русскую модель образования фамилий, типичную для регионов, где тюркские народы долго контактировали с русскими, — например, в Астраханской, Оренбургской областях, на Северном Кавказе или в Крыму.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с родом Чалбаш (или Чалбас) у некоторых тюркских племён, где «чал» — седой или старый, а «баш» — голова. В этом случае Чалбаев мог означать потомка человека с седой головой, то есть старейшины, мудреца. Однако форма «Чалбаев» всё же чаще выводится из прозвища по внешности, чем из составного имени.

Фамилия редкая и локальная. По данным открытых источников, чаще всего Чалбаевы встречаются в Крыму и в Краснодарском крае, что указывает на возможную связь с крымскими татарами или с ногайцами, переселившимися в Причерноморье. Встречаются Чалбаевы и среди карачаевцев, балкарцев, а также у казахов (в форме Чалбаев или Шалбаев). В русском контексте фамилия остаётся малораспространённой, и её носители — почти наверняка потомки людей, получивших прозвище от внешней приметы или от названия местного рода.