Фамилия Мархабаев — редкий случай в русском ономастиконе, и её разбор стоит начать не с корня, а с географии. Она почти наверняка указывает на тюркское или арабо-тюркское происхождение, причём не из центральной России, а из регионов, где исторически сильны исламские имена и прозвища: Башкортостан, Татарстан, Казахстан, Средняя Азия. Русский суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного или, реже, после йота) прикрепили к основе, которая в русском языке сама по себе не встречается.

Основа «Мархаба» восходит к арабскому слову «мархаба» (مرحبا) — приветствие, означающее «добро пожаловать», «здравствуйте». В тюркских языках, особенно у башкир и татар, это слово могло стать личным именем или прозвищем, которое давали долгожданному, желанному ребёнку, а то и гостю, который часто останавливался в доме. То есть Мархабай — это человек, которого встречали с радостью, или же имя-пожелание, чтобы жизнь его была лёгкой и приветливой. Встречается и более бытовая версия: Мархабаем в некоторых диалектах называли приветливого, хлебосольного хозяина.

Фамилия образована по классической русской модели: к основе «Мархаба» добавили притяжательный суффикс -ев, превратив имя отца в фамилию сына. Буква «й» в конце (Мархабай → Мархабаев) — результат адаптации тюркского звука «й» к русскому произношению, где он часто переходит в «ев» при склонении. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Мархаба́ев, хотя в русской среде его могли сместить по привычке.

Сословная принадлежность первых носителей неясна: фамилия могла возникнуть и у крестьян, и у служилых татар, и у купцов. В дореволюционных метрических книгах она почти не встречается за пределами Урало-Поволжья. Сегодня Мархабаевы живут в основном в Башкортостане, Челябинской области и Казахстане, что подтверждает её привязку к башкирской и татарской среде. Единственная альтернативная гипотеза — что основа происходит от искажённого арабского имени Мархаб (имя одного из сподвижников пророка), но она менее вероятна, так как форма «Мархабай» в тюркских языках встречается чаще, чем «Мархаб».