Фамилия Отарбаева — женская форма фамилии Отарбаев. В основе лежит мужское имя Отарбай, которое распространено у тюркских народов, прежде всего у казахов. Если разбирать имя по составу, то «Отар» — это тюркское имя, восходящее к слову «отар» (отара, пастбище, кочевье), а «бай» — традиционный компонент тюркских имен (богатый, господин, хозяин). Таким образом, имя Отарбай можно перевести как «богатый пастбищами» или «хозяин отары».

Это указывает на то, что предки носителей фамилии, скорее всего, были скотоводами-кочевниками, владевшими большими стадами. В казахской ономастике фамилии на -баев и -баева — одни из самых распространенных, они образованы от личных имен с компонентом «бай». В отличие от русских фамилий, где суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»), здесь тот же суффикс просто адаптирует тюркское имя к русской грамматической модели, добавляя окончание женского рода -а.

Фамилия Отарбаева почти не встречается за пределами Казахстана и стран Средней Азии. Среди известных носителей можно назвать казахстанских спортсменок, ученых и деятелей культуры, но в широком российском контексте фамилия редкая и не имеет исторических упоминаний в дореволюционных документах — это следствие позднего (в основном в XX веке) закрепления фамилий у кочевых народов.