Фамилия Мылтыкбаева — редкий случай в русском ономастиконе, где основа восходит к тюркскому слову «мылтык» (ружьё, винтовка). В казахском, киргизском, башкирском и татарском языках «мылтык» означает огнестрельное оружие, чаще всего длинноствольное. Фамилия образована по типичной для тюркских народов модели: к основе добавляется аффикс принадлежности -бай (богатый, хозяин), а затем — русский суффикс -ев/-ова, закрепившийся при переходе фамилий в документы Российской империи. Получается «Мылтыкбай» — «богатый ружьём» или «хозяин ружья». Это не прозвище стрелка, а скорее именование человека, владевшего оружием как ценным имуществом, возможно, охотника или воина.

Суффикс -бай в составе фамилии — характерный маркер дореволюционных казахских и киргизских имён. В XIX — начале XX века такие имена нередко фиксировали при переписях, а затем, при выдаче паспортов, превращали в фамилии, добавляя русское окончание. Так что Мылтыкбаева — фамилия женского рода от мужской Мылтыкбаев, и её корни уходят в кочевую среду, где ружьё было не только оружием, но и символом статуса.

Географически фамилия встречается почти исключительно в Казахстане и среди казахов, живущих в России (Оренбургская, Астраханская области). Встречаемость низкая: по открытым данным, носителей — несколько сотен человек. Это не массовая фамилия, а локальная, что неудивительно для антропонима, образованного от конкретного предмета, а не от распространённого имени или ремесла.

Есть и альтернативная версия, но слабая: связь с диалектным русским словом «мылтык» (неуклюжий человек). Однако для фамилии с суффиксом -бай это маловероятно — тюркский компонент здесь доминирует и объясняет всё без натяжек. Так что предки носительницы фамилии, скорее всего, были людьми, для которых ружьё было частью быта: охотниками, пастухами или участниками военных отрядов.