Фамилия Муталлибова — женская форма мужской фамилии Муталлибов. Её основа восходит к арабскому имени Муталлиб, которое в переводе означает «ищущий», «стремящийся», «требующий». В мусульманской традиции это имя нередко давали с пожеланием, чтобы человек был настойчив в достижении знаний или праведных целей. Фамилия образована по стандартной русской модели при помощи суффикса -ов, что характерно для многих фамилий тюркских и кавказских народов, вошедших в состав Российской империи: к основе добавляли русский патронимический суффикс, и сын Муталлиба становился Муталлибовым.

Географически фамилия Муталлибова с наибольшей вероятностью связана с Азербайджаном и Дагестаном. В азербайджанском языке имя Муталлиб (Mütəllib) встречается довольно часто, а суффикс -ов типичен для русифицированных азербайджанских фамилий советского периода. В Дагестане, особенно среди лезгин и табасаранов, также бытуют фамилии на -ов с арабскими корнями. Встречается она и у татар, но реже.

Интересная деталь: в отличие от многих фамилий на -ов, которые в русском языке склоняются по общим правилам, Муталлибова сохраняет ударение на втором слоге — Мута́ллибова, что выдает её нерусское происхождение. В арабском оригинале ударение падает на первый слог (Му́таллиб), но через тюркские языки оно сместилось.

Сословно предки носительницы фамилии могли быть кем угодно — от крестьян до духовных лиц, так как имя Муталлиб не было строго аристократическим. Однако в дагестанской среде оно чаще встречалось у образованных людей, мулл или учителей, поскольку корень «талаб» (знание, требование) имел религиозный оттенок. В Азербайджане же фамилия могла принадлежать и ремесленникам, и торговцам.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Муталлибов стоит в одном ряду с Муталибовым, Муталимовым и Тагировым — все они образованы от арабских имён с корнем «т-л-б». Разница лишь в огласовке: Муталлиб — более точная передача арабского произношения с удвоенным «л», тогда как Муталибов — упрощённый вариант.