Фамилия Отонбаев — редкая и яркая по своему происхождению. Её основа — мужское имя Отонбай, которое состоит из двух тюркских корней: «отон» и «бай». Слово «отон» в тюркских языках, особенно в киргизском и казахском, означает «очаг», «костёр», «огонь». Второй корень, «бай», — это титул богатого, уважаемого человека, хозяина. Таким образом, имя Отонбай в буквальном смысле значит «богатый (или хозяин) очага». В кочевой культуре очаг был центром дома, символом жизни, семьи и тепла. Прозвище или имя Отонбай, скорее всего, давали человеку, который был хранителем домашнего очага, гостеприимным хозяином, либо тому, кто занимался разведением огня в важных ритуалах.

Суффикс -ев указывает на русскую модель фамилизации, характерную для народов Средней Азии и Кавказа в XIX–XX веках. При присоединении к тюркской основе на -бай образуется форма «Отонбаев» — буквально «сын (или потомок) Отонбая». В отличие от славянских фамилий, где -ев крепится к основе на согласный, здесь он стоит после гласной «й», что типично для заимствованных имён (сравните: Токтобаев, Ахметбаев).

Географически фамилия Отонбаев наиболее распространена в Кыргызстане и на юге Казахстана, реже встречается в Узбекистане. В России она единична и фиксируется в основном среди выходцев из этих регионов. Поскольку имя Отонбай — не арабское и не персидское, а исконно тюркское, оно не связано с исламскими корнями напрямую, а отражает доисламские кочевые верования и культ огня.

В отличие от фамилий на -улы/-кызы, которые сохраняют патронимическую конструкцию в тюркских языках, форма на -ев указывает на период русификации документов. Поэтому Отонбаев — это не «княжеский» или «дворянский» род, а фамилия простого кочевника или крестьянина, чьё имя было записано русскими чиновниками по стандартной модели. Других версий происхождения, кроме как от имени Отонбай, у этой фамилии нет: основа прозрачна и не даёт повода для спекуляций.