Фамилия Мухтубаев — редкий случай, когда географическая привязка перевешивает все остальные версии. Основа фамилии — «Мухтуба» — это не имя и не прозвище, а топоним. В Казахстане и на Алтае известно несколько урочищ и речек с названием Мухтуба, Мухтубай, а также село Мухтуба в Восточно-Казахстанской области. Человек, получивший фамилию Мухтубаев, скорее всего, был выходцем из этого места, и его предков называли «мухтубинцами» — по названию местности.

Словообразовательная модель типична для тюркских фамилий, прошедших русификацию. Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного «б») присоединили к основе «Мухтуба». В исходном виде фамилия могла звучать как Мухтубай-улы (сын Мухтубая) или просто Мухтубай. Добавив русский патронимический суффикс, её привели к привычной для документов форме. Это типично для XIX–XX веков, когда кочевое население получало фамилии по месту жительства или родовому аулу.

Значение самого топонима «Мухтуба» неочевидно. Вероятнее всего, это искажённое тюркское или монгольское словосочетание. Можно предположить связь с «мухта» — «угол, конец» (в некоторых тюркских диалектах) и «бай» — «богатый, хозяин». Тогда «Мухтуба» — «богатый угол», плодородное место. Но это лишь гипотеза: точную этимологию дал бы только местный диалектолог.

Фамилия очень редкая. Встречается преимущественно у казахов, реже — у алтайцев и татар. По сословной принадлежности носители почти наверняка были скотоводами или крестьянами, никак не связанными с дворянством или духовенством. Фамилия не фиксируется в дореволюционных справочниках «памятных книжек» — она возникла в народной среде и была закреплена паспортной системой уже в советское время.

Сравните с однокоренными фамилиями: Мухтаров, Мухтабаев, Баймухтаев. У них общий корень «мухта» или «мухтар» (от арабского «мухтар» — «избранный»), но в случае с Мухтубаевым этот корень, скорее всего, не имеет арабского происхождения. Арабское «мухтар» дало бы фамилию Мухтаров, а здесь — «Мухтуба», где «ту» указывает на тюркскую огласовку. Поэтому версия с «избранным» для этой фамилии слабая.