Фамилия Мавлетбаева — одна из тех, что прямо указывает на тюркское происхождение и чаще всего встречается у башкир и татар. Её основа — мужское имя Мавлетбай, которое образовано слиянием двух корней: «Мавлет» (арабское «маулид» — «рождение», «дитя», часто в значении «рождённый в месяц маулид» — месяц рождения пророка Мухаммеда) и «бай» (тюркское «богач», «господин», «хозяин»). Таким образом, имя Мавлетбай буквально означало «богатый, как Мавлет» или «господин, рождённый в благословенное время». Это типичная для тюркских народов модель сложения имени из религиозного компонента и социального титула.

Суффикс «-ев» в окончании фамилии — русский патронимический формант, который добавили при оформлении фамилий в официальных документах (например, при переписях или паспортизации в XIX–XX веках). Женская форма «Мавлетбаева» образована по тому же правилу: к основе мужской фамилии добавили окончание «-а». Если бы фамилия осталась в исконной тюркской форме, она звучала бы как «Мавлетбай» или «Мавлетбаев» (без суффикса), но русская административная система потребовала стандартизации.

Географически фамилия локализована в Башкортостане и Татарстане, а также в соседних регионах — Оренбургской, Челябинской, Самарской областях, где исторически жили башкиры и татары. Встречаются варианты написания с «-ов» (Мавлетбаев), но они редки: окончание «-ева» в женском варианте — норма для русской паспортной системы.

Сословно предки носителей фамилии, скорее всего, были крестьянами или воинами (башкиры входили в состав иррегулярных казачьих войск), но точных данных нет. Имя Мавлетбай — не аристократическое, а народное, распространённое среди простых людей. Примечательно, что вторая часть «бай» со временем утратила буквальное значение «богач» и стала просто распространённым компонентом имён, как «-бек» или «-хан».

Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Мавлютов, Мавлетов, Мавлютбаев), то Мавлетбаева выделяется именно двусоставной конструкцией, которая сохранила полную форму имени, а не сокращённую. Это говорит о том, что фамилия могла закрепиться раньше, чем имя сократилось в бытовой речи.