Фамилия Мамбетбаев — из числа тех, что рассказывают о человеке через его имя, а не через профессию или место жительства. Её основа — сложное мужское имя Мамбетбай, и чтобы понять фамилию, нужно разобрать обе его части.

Первая часть, Мамбет, — это одна из народных форм имени Мухаммад, широко распространённая у тюркских народов, особенно у казахов, башкир, татар и ногайцев. В арабском оригинале имя пророка означает «восхваляемый, прославляемый». Вторая часть, «бай», — древнее тюркское слово со значением «хозяин, господин, богатый человек». В дореволюционной кочевой среде «бай» указывало на состоятельного скотовода, главу рода, человека с весом.

Соединившись, имя Мамбетбай даёт трактовку «богатый (или господин) по имени Мамбет» — то есть хозяин, носящий имя, связанное с пророком. Более точный смысл — «властитель, которого зовут Мамбет» или «Мамбет-бай». Фамилия образована по стандартной для тюркских фамилий модели: к основе Мамбетбай прибавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягких согласных), который в данном случае заменяет тюркское «улы» («сын»). Таким образом, Мамбетбаев — это прямой ответ на вопрос «чей?»: сын (потомок) Мамбетбая.

Интересно, что фамилия сохранила полную форму исходного имени, в то время как у многих других фамилий (например, Мамбетов) вторая часть отсекается. Это указывает на то, что носитель фамилии происходит из рода, где имя Мамбетбай было личным, а не просто отчеством. Фамилия распространена преимущественно в Казахстане, Киргизии, а также среди башкир и татар. Встречается и вариант написания с «а» на конце — Мамбетбаев, что связано с особенностями русской орфографии при передаче тюркских имён.