Фамилия Сантыбаева — относительно редкая, и её происхождение напрямую связано с тюркскими корнями. В основе лежит мужское имя Сантыбай, которое распространено у башкир, татар и казахов. Имя составное: первая часть «санты» восходит к древнетюркскому «сан» — «число», «счёт» или же к слову «санлы» — «почётный», «уважаемый». Вторая часть «бай» в тюркских языках означает «богач», «хозяин», «господин». Таким образом, имя Сантыбай можно понять как «почётный богач» или «уважаемый господин». Фамилия образована по русской модели с патронимическим суффиксом -ев, который присоединяется к именам, оканчивающимся на согласный (Сантыбай → Сантыбаев). Это указывает на то, что предок носителя фамилии был сыном человека по имени Сантыбай.

Обращает на себя внимание суффикс -ыбай, характерный для многих тюркских имён (сравните: Ахметбай, Исламбай, Туйгумбай). В русской передаче конечный «й» часто исчезает, давая форму на -баев. Географически фамилия Сантыбаев наиболее часто встречается в Башкортостане, Татарстане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах с исторически сильным тюркским населением. Встречается и написание через «а» — Сантыбаев, что объясняется особенностями произношения в разных диалектах.

Спорных версий происхождения у этой фамилии практически нет: тюркская основа и русский суффикс очевидны. Сословно предки Сантыбаевых, скорее всего, относились к башкирам-вотчинникам или тептярам (сословие, близкое к государственным крестьянам), реже — к служилым татарам. Фамилия не относится к дворянским, но и не является однозначно крестьянской: в тюркской среде имя Сантыбай могли дать и зажиточному скотоводу, и уважаемому старейшине. Сегодня фамилия остаётся редкой, что делает её носителей обладателями хорошо сохранившегося кусочка тюркской ономастики на русской почве.