Фамилия Сарбалиев — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а географическое или этническое прозвище, причём с двойной тюркской этимологией. Она образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на согласный. В данном случае основа — Сарбалий, усечённый вариант от Сарбали.

Сама основа Сарбали распадается на два корня: «сар» и «бали». Первый корень, «сар», в тюркских языках (особенно в казахском, киргизском, ногайском) означает «жёлтый», «рыжий», а в переносном смысле — «благородный», «лучший». Второй корень, «бали», может восходить к арабскому «бали» (беда, несчастье) или к тюркскому «балык» (рыба). Однако в контексте личных имён и прозвищ наиболее убедительная версия — связь с тюркским «балы» (мёд) или «бал» (сладкий). Тогда Сарбали — это «жёлтый мёд» или «сладкий, как мёд». Такое прозвище могли дать человеку со светлыми волосами, добродушным нравом или, наоборот, как ироничное имя — полному, «медовому» человеку.

Есть и вторая, менее сладкая версия. В некоторых тюркских диалектах «сар» означает «болото», «топь». Тогда Сарбали — это «болотный мёд» или, что более прозаично, человек, живущий у болотистой местности, где водились дикие пчёлы. Такое прозвище закреплялось за бортником — сборщиком дикого мёда.

Фамилия Сарбалиев почти наверняка имеет казахское или киргизское происхождение. Суффикс -ев указывает на то, что фамилия русифицирована в XIX — начале XX века, при оформлении документов. В казахской среде исходная форма звучала бы как Сарбалиұлы (сын Сарбали). Носители фамилии концентрируются в южных регионах Казахстана и в приграничных районах Киргизии. Сословного барьера у фамилии нет: Сарбалиевыми могли быть и скотоводы-кочевники, и оседлые земледельцы, и ремесленники — прозвище не привязывало к определённому социальному слою.

В русском языке фамилия не имеет однокоренных аналогов, кроме разве что фамилии Сарбаев (с другим суффиксом). Это делает её надёжным маркером тюркского, а именно кипчакского, происхождения предков.