Фамилия Сатарбаева восходит к тюркскому мужскому имени Сатарбай. Это сложносоставное имя, где вторая часть — «бай» — означает «богач, хозяин, господин» и в прошлом была титулом или социальным маркером. Первая часть, «Сатар», — это имя арабского происхождения, от глагола «сатара» (скрывать, покрывать), которое в исламской традиции осмысляется как «защитник» или «тот, кто укрывает от бед». Таким образом, исходное имя можно перевести как «богатый защитник» или «господин-покровитель».

Модель образования фамилии — типичная для народов Средней Азии и Казахстана. Основа (имя Сатарбай) соединилась с русским патронимическим суффиксом -ев, который указывает на принадлежность: Сатарбаев — «сын Сатарбая». Форма Сатарбаева — женский вариант, который в русской грамматике используется для женщин, но этимологически восходит к тому же мужскому предку.

Географически фамилия наиболее распространена в Казахстане, особенно в южных и западных областях, а также среди казахов, проживающих в России (Астраханская, Оренбургская области). Встречается она и в Узбекистане, Кыргызстане. В русских дореволюционных источниках фамилия почти не фиксируется — она оформилась, скорее всего, в советское время, когда массово закреплялись фамилии у кочевых и полукочевых народов.

Интересная деталь: в отличие от многих русских фамилий на -ов, которые образуются от полных форм крестильных имен, Сатарбаева сохраняет прямой след доисламского и мусульманского именника, где имя несло не только личную, но и социальную характеристику. Предок носительницы этой фамилии, судя по компоненту «бай», мог быть человеком состоятельным или уважаемым в своей общине, но не обязательно знатным — скорее, зажиточным скотоводом или главой рода.