Фамилия Картанбаева — женская форма от Картанбаев, и её происхождение уходит корнями в тюркскую ономастику. Основа фамилии — составное имя Картанбай, где первая часть «картан» в тюркских языках (например, в казахском) может означать «короткий», «низкорослый» или «урезанный», а вторая — «бай» (богатый, хозяин, уважаемый человек). Таким образом, имя Картанбай могло быть прозвищным именем: вероятно, так называли человека невысокого роста, но при этом состоятельного или авторитетного. Впрочем, «картан» иногда связывают с диалектным значением «остаток» или «обрубок» — тогда имя могло даваться позднему или младшему ребенку в семье.

Модель образования фамилии типична для тюркских народов: к основе на согласный добавляется русский патронимический суффикс -ев (в форме Картанбаев), а затем фамилия склоняется по женскому роду с окончанием -а. Такая адаптация произошла в XIX–XX веках, когда у казахов, башкир, татар и других народов Российской империи фамилии оформляли по русскому образцу. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Картанбаев буквально значит «сын Картанбая».

Географически фамилия Картанбаева наиболее распространена в Казахстане и среди казахской диаспоры, реже встречается у башкир и татар. В дореволюционных метрических книгах и переписях она почти не фиксируется — это говорит о том, что фамилия сложилась относительно поздно, в основном в советское время, когда массово закреплялись отчества и родовые имена.

Учитывая прозрачную основу, предки носителей фамилии, скорее всего, были скотоводами или земледельцами в степных регионах. Имя Картанбай не принадлежало знатному роду, а было бытовым, описывающим внешность или положение в семье. В отличие от фамилий на -ов/-ев от русских имен, здесь нет церковного следа — это чисто тюркская антропонимия, переоформленная в русскую фамилию.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Картанов, Картаев) показывает, что Картанбаева стоит особняком: в ней сохранилась двусоставная структура, характерная для казахских имен-оберегов, где вторая часть («бай») призвана была придать ребенку удачу и богатство.