Фамилия Нарбутаев начинается с основы, которая сразу выдаёт её географическое и этническое происхождение: это тюркское имя Нурбута или Нарбута. Вторая часть — «бута» — восходит к тюркскому слову со значением «верблюд-самец» или «верблюжонок», но в именах тюркских народов (особенно у узбеков, казахов, киргизов) -бута выступает как компонент, придающий имени пожелание силы, выносливости, иногда — красоты (сравните с Гульбута, где «гуль» — цветок). Первая часть Нар- — это диалектный или фонетический вариант от Нур-, что по-арабски значит «свет», «луч». Получается, Нурбута (Нарбута) — «светлый, как верблюд» или «сияющий силой»; в любом случае имя звучало как благопожелание мальчику.

Суффикс -ев указывает на русскую модель оформления фамилии. В среде тюркских народов, попавших в состав Российской империи, фамилии часто образовывали по русскому образцу: к имени отца прибавляли -ов/-ев. Так Нарбутаев — буквально «сын Нарбуты». Ударение, скорее всего, падает на последний слог: Нарбута́ев.

Самый близкий круг фамилий — Нурбутаев, Нурбулатов, Нурматов. В них тот же корень нур- и разные вторые части. Но Нарбутаев стоит особняком: вариант Нар- вместо Нур- чаще встречается в говорах, где «у» редуцировалось или заменялось на «а» под влиянием местных диалектов — такое бывает у каракалпаков, части узбеков Хорезма, у туркмен. Поэтому можно предположить, что предки носителя фамилии жили в южных регионах Средней Азии или на стыке узбекских и туркменских земель.

В русских дореволюционных документах фамилия почти не фиксируется: она относительно поздняя, массово закрепилась в советское время, когда паспортизация охватила сельское население Средней Азии. Сословно предки, скорее всего, были дехкане (земледельцы) или скотоводы, никакого дворянства и купечества в этой линии не прослеживается. Это фамилия, которая говорит о том, что родоначальника звали конкретным именем-пожеланием, и больше ничего не прибавляет — ни ремесла, ни места.