Фамилия Сарабаев образована по распространённой в тюркских языках модели: к основе прибавляется русский патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких и шипящих). Основа — тюркское мужское имя Сарабай. Оно составное: «сара» (жёлтый, белый, а также титул «сары» — знатный, господин) и «бай» (богач, хозяин, уважаемый человек). Таким образом, Сарабай — «знатный богач» или «светлый господин». Имя фиксируется у многих тюркских народов: у казахов, башкир, татар, ногайцев.

География фамилии Сарабаев сегодня в основном связана с Казахстаном, Башкортостаном, Татарстаном и Оренбургской областью. В русских документах фамилия могла закрепиться в XIX веке, когда у башкир и татар начался массовый переход от отчеств к наследственным фамилиям. Интересно, что в некоторых переписях встречается вариант Сарабайев — с сохранением конечного «й» основы, но более привычной стала форма с усечением: Сарабаев.

В русском контексте фамилия могла появиться и без тюркского имени — как прозвище по внешности или занятию. В диалектах «сарабай» иногда называли нерасторопного человека или, наоборот, того, кто любит принарядиться (от «сарафан» и «бай» — шутливая народная этимология). Но эта версия менее вероятна: большинство носителей фамилии имеют тюркские корни, и имя Сарабай встречается в родословных.

Сложность разбора в том, что основа многозначна. В некоторых тюркских языках «сара» означает не только цвет, но и «выносливый», «крепкий». Поэтому Сарабай могло быть именем-пожеланием: пусть ребёнок будет крепким и богатым. Фамилия не редкая, но и не массовая — её носители встречаются локально, что указывает на происхождение от одного или нескольких родовых имён в конкретных регионах.