Фамилия Сугирбаев — характерный пример тюркской модели образования фамилий, которая закрепилась в русской антропонимии в XIX–XX веках. Её основа — личное имя Сугирбай, а русский суффикс -ев указывает на принадлежность: «сын Сугирбая» или «из рода Сугирбая». Такая схема (тюркское имя + русский патронимический суффикс) массово возникала у народов Поволжья, Урала, Казахстана и Средней Азии при переходе к оседлому учёту населения.

Имя Сугирбай составное. Первая часть, «сугыр», восходит к тюркскому корню со значением «сухой», «иссохший», «худой». В казахском, башкирском и татарском языках это слово могло использоваться как прозвище для человека сухощавого телосложения или как оберег — считалось, что «неблагозвучное» имя отводит злых духов и болезни от ребёнка. Вторая часть, «бай», означает «богач», «хозяин», «господин» — распространённый компонент в тюркских именах, подчёркивающий пожелание благополучия. Таким образом, Сугирбай — это имя-пожелание с внутренним контрастом: «сухой (тощий) богач», что для тюркской традиции не редкость.

Встречаются и другие версии происхождения корня. По одной из них, «сугыр» могло быть искажением арабского «сагир» — «маленький», «младший». Но это менее вероятно: в тюркских языках звук «г» в позиции между гласными обычно сохраняется при заимствованиях, а переход «сагир» → «сугыр» не типичен для фонетики казахского или башкирского. Более правдоподобна связь с диалектным «суғыр» — «суслик»: в степных регионах прозвища по названиям животных были обычным делом.

Географически фамилия Сугирбаев чаще всего фиксируется у казахов и башкир, реже — у татар. В дореволюционных записях она могла писаться как Сугирбаев, Сугирбайулы или Сугирбаевъ, в зависимости от канцелярии. Сословно носители фамилии относились к «инородцам» или крестьянам-скотоводам: никакого дворянства за этой фамилией не числится, что типично для поздних патронимических фамилий, возникших уже после отмены крепостного права. Распространение фамилии в советское время шло в основном в Казахстане и Оренбургской области, где компактно живут казахи и башкиры.