Фамилия Мухамедбаева — женская форма, образованная от мужской фамилии Мухамедбаев. В основе лежит имя Мухамедбай, которое состоит из двух частей: «Мухамед» (арабское имя пророка, «восхваляемый») и тюркского «бай» (богатый, господин, хозяин). Таким образом, имя Мухамедбай означает «богатый, как Мухамед» или «господин Мухамед» — типичное для Средней Азии составное имя, где к религиозному корню добавляют социальный титул.

Модель образования фамилии — тюркская, с суффиксом -ев/-баев. В казахском, узбекском, киргизском и других тюркских языках фамилии часто строятся по схеме «имя + суффикс принадлежности». В русской документации такие фамилии русифицировали, добавив окончание -а для женского рода. Суффикс -ев указывает на отчество: Мухамедбаев буквально значит «сын Мухамедбая».

Географически фамилия Мухамедбаева распространена в Казахстане, Узбекистане, Киргизии и среди тюркоязычных народов России (татары, башкиры). Встречаются варианты написания: Мухамедбаев, Мухаммедбаев, Мухаметбаев — разница в передаче звука «х» и удвоении «м», что связано с особенностями арабского письма при записи имени пророка.

Сословно предки носителя фамилии, скорее всего, не принадлежали к знати. Имя «Бай» в тюркской среде давали не только богатым, но и просто как пожелание благополучия, а в советское время такие фамилии стали массовыми у крестьян и рабочих. Спорных версий происхождения нет: корень прозрачен, а суффикс типичен для региона.

Редкая деталь: в отличие от фамилий на -ов/-ев, которые в русском языке почти всегда указывают на русское происхождение, фамилии на -баев — маркер именно тюркской ономастики. Встречается и форма Мухамедбай — без суффикса, как прямое имя, но в русских документах её почти не фиксируют.