Фамилия Татарбаев — модель, указывающая на восточные, скорее всего тюркские корни. Её основа — составное имя Татарбай, где первая часть «татар» указывает на этническую принадлежность, а вторая — «бай» — в тюркских языках означает «господин», «богач», «хозяин». Таким образом, имя Татарбай могло переводиться как «богатый татарин» или «татарский господин». Однако в условиях Средневековья, когда имя часто давали при рождении, это могло быть и «оберегом» — желанием, чтобы ребёнок был сильным и удачливым, как представители могущественного народа.

Суффикс -ев указывает на русскую адаптацию фамилии. В тюркской среде фамилии на -баев обычно образовывались напрямую от имени отца: «сын Татарбая». Когда носители такого имени попадали в русскоязычную среду, окончание по правилам русской грамматики превращалось в -ев (как в фамилиях Татарбай → Татарбаев). Встречается и вариант написания через «о» — Татарбаев, но он менее распространён.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью, Приуралью и югу Сибири — регионам, где исторически жили татары, башкиры, казахи и другие тюркские народы. Встречается она и у русских, чьи предки могли быть крещёными татарами или иметь смешанное происхождение. В дореволюционных источниках Татарбаевы часто числились среди государственных крестьян или казаков.

Интересная деталь: в отличие от фамилий, образованных от профессий или прозвищ, Татарбаев почти наверняка происходит именно от личного имени, а не от бытового прозвища «татарин». Это значит, что предок носителя фамилии, скорее всего, был человеком, которого так назвали родители, а не соседи за внешность или поведение.