Фамилия Сатубаева образована по самой распространённой в русской ономастике модели — с помощью суффикса -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или гласный. В данном случае основа — Сатубай. Это типичная «восточная» фамилия, указывающая на тюркское происхождение предков. Суффикс -ев (а не -ов) говорит о том, что в основе лежит имя или прозвище, заканчивающееся на -ай, -ей или -ий.

Имя Сатубай — составное, из двух тюркских корней. Первая часть, «сату», восходит к слову со значением «продажа», «торговля» (ср. татарское, казахское, башкирское «сату» — продавать). Вторая часть, «бай», — распространённый компонент тюркских имён, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, Сатубай дословно переводится как «богатый торговлей» или «торговый господин». Имя могло быть дано младенцу как пожелание удачи в торговых делах или как прозвище удачливому купцу.

Встречается также версия, что «сату» может быть связано с диалектным значением «бить», «ударять», но для антропонимики это менее характерно. Гораздо правдоподобнее, что имя относится к группе «пожелательных» тюркских имён, где вторая часть — «бай» — подчёркивает статус и достаток. Аналогичные по структуре фамилии — Сатаев, Сатуев, Сатбаев.

Географически фамилия Сатубаева чаще всего встречается у народов Поволжья (татары, башкиры) и в Казахстане. В русской среде она появилась в результате межэтнических контактов, когда тюркское имя записывалось по русской модели с фамильным суффиксом. Мужская форма — Сатубаев. Поскольку суффикс -ев не указывает на сословие, носители фамилии могли быть как крестьянами, так и купцами или служилыми людьми — всё зависело от региона и исторических обстоятельств, в которых жил конкретный род.

В написании фамилии возможны варианты: через «о» в первом слоге (Сотубаева) или с буквой «п» (Сатупаева), но литературная норма закрепилась как Сатубаева — с сохранением исходного тюркского звучания.