Фамилия Отабаев образована по тюркской модели, где к основе прибавляется русский патронимический суффикс -ев. Такие фамилии массово возникали у народов Кавказа и Средней Азии в XIX–XX веках при переходе к оседлому образу жизни и учёте населения. Основа здесь — мужское имя Отабай. Оно составное: «ота» (отец, предок, иногда — глава рода) и «бай» (богач, хозяин, уважаемый человек). В буквальном смысле Отабай — «богатый предками» или «почтенный отец». Имя нередко давали старшему сыну или продолжателю рода, подчёркивая его будущую роль хранителя семейных традиций.

Географически фамилия привязана к регионам, где говорят на тюркских языках: это Узбекистан, Кыргызстан, Казахстан, а также Таджикистан (где тюркские имена смешаны с иранскими). В России носители Отабаевых встречаются в Дагестане и среди переселенцев из Средней Азии. Встречается и вариант написания с «а» на конце — Отабаев, но ударение почти всегда падает на последний слог: Отаба́ев.

По сословной принадлежности сказать что-то определённое сложно: фамилия не даёт подсказок вроде -овский (дворянский) или -ихин (крестьянский). Скорее всего, предки носителя были скотоводами или земледельцами, а фамилия закрепилась за ними в советское время при паспортизации. Редкость фамилии в том, что она почти не встречается за пределами тюркоязычного ареала, а её основа — не просто «отец», а именно «отец как глава», что выделяет её среди однокоренных Отаев, Отаров или Отабеков.