Фамилия Куланбаев строится по самой распространённой в тюркских языках модели: к основе прибавляется аффикс принадлежности -бай, а затем русский патронимический суффикс -ев. Если отбросить суффикс, остаётся имя Куланбай. Такие имена с компонентом бай (богатый, хозяин, господин) в прошлом давали мальчикам в казахской, башкирской, татарской и других тюркских средах, желая ребёнку достатка и положения.

Первая часть имени — кулан — отсылает к дикому ослу, кулану, который водится в степях Центральной Азии. В тюркской ономастике нередки имена, образованные от названий животных: считалось, что звериная сила, выносливость или быстрота перейдут к человеку. Кулан в степи — животное осторожное, неуловимое и очень живучее, поэтому имя Куланбай могло означать «богатый, как кулан» или «хозяин куланов». Впрочем, некоторые исследователи допускают, что кулан здесь — не зооним, а искажённое арабское имя, но для казахской и башкирской традиции версия с диким ослом выглядит убедительнее.

Фамилия Куланбаев почти наверняка сформировалась в XIX веке, когда русская администрация начала фиксировать фамилии у кочевого населения. К казахскому имени Куланбай приписали русский суффикс -ев, чтобы вписать его в паспортную систему. В дореволюционных документах фамилия встречается в основном среди казахов Младшего и Среднего жузов, реже — у башкир юго-восточных уездов Оренбургской губернии.

По суффиксу -ев, а не -ов, видно, что основа оканчивается на мягкий согласный или й. В фамилиях на -баев (Турсунбаев, Аманбаев) этот суффикс стал почти стандартным для тюркских имён, вошедших в русский обиход.

В советское время фамилия не исчезла, а закрепилась в Казахстане, Киргизии и среди казахской диаспоры в Узбекистане. В России её носители живут в основном в Оренбургской, Астраханской областях и в Татарстане. Поскольку фамилия образована от личного имени, а не от прозвища или ремесла, проследить единое занятие предков невозможно — Куланбаевы могли быть и скотоводами, и воинами, и торговцами, в зависимости от места и времени.