Фамилия Нарбаева — женская форма фамилии Нарбаев, а та, в свою очередь, имеет тюркские корни и встречается в основном у народов Средней Азии: у узбеков, таджиков, казахов и каракалпаков. Основа фамилии — составное имя Нарбай, где первая часть «нар» может восходить к персидскому «нар» (гранат) или тюркскому «нар» (огонь, пламя), а вторая — «бай» (богач, хозяин, господин). Таким образом, имя Нарбай могло означать «огненный богач», «владелец гранатов» или носить пожелательный смысл «будь богат, как гранат плодами».

Модель образования фамилии проста: к основе Нарба- прибавлен русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Это типичная «русификация» восточных имен в XIX–XX веках, когда при записи в метрики и советские паспорта тюркские имена получали русские окончания, указывающие на принадлежность роду. Окончание -а в женском варианте — чисто грамматическое, по модели «Иванов — Иванова».

По сословной принадлежности носители фамилии Нарбаев, скорее всего, относились к крестьянам или ремесленникам, так как имя Нарбай было распространено в простонародной среде, а не среди знати. Встречается фамилия и у каракалпаков, где имя Нарбай фиксируется в родословных как личное, без дополнительного титула.

В русском языке фамилия сохраняет ударение на втором слоге: Нарба́ева, хотя в тюркском произношении ударение может падать на последний слог. Вариантов написания, кроме как через «а» после «р», практически нет, и путать её с похожими (Норбаев, Нарбиев) не стоит — это разные корни.