Фамилия Тайтыбаева — редкая и географически привязанная. Её основа и суффикс сразу указывают на тюркское происхождение, скорее всего, казахское или киргизское. Модель образования здесь типична для фамилий, возникших из личного имени: к мужскому имени (или прозвищу) Тайтыбай добавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Женская форма Тайтыбаева образована от мужской Тайтыбаев по той же схеме, что и тысячи других русских фамилий, — через прибавление окончания -а.

Разберём имя Тайтыбай. Оно составное, из двух тюркских корней. Первая часть — «тай»: в тюркских языках это слово может означать «жеребёнок» (как в казахском «тай»), а в переносном смысле — «резвый», «молодой», «неопытный». Вторая часть — «тыбай»: это менее прозрачный элемент. Скорее всего, это вариант имени Тыныбай или Тынбай, где корень «тын» (дыхание, душа, покой) соединяется с «бай» (богатый, господин, хозяин). В таком случае Тайтыбай — это «богатый жеребёнком» или «молодой бай». Другая, менее вероятная версия: «тыбай» может восходить к глаголу со значением «наступать», «ступать», и тогда имя осмыслялось бы как «жеребёнок, который встаёт на ноги» — образное пожелание крепости и здоровья.

Фамилия Тайтыбаева почти не встречается в европейской части России, её ареал — Казахстан, Киргизия, а также южные регионы России и Сибири, куда переселялись казахи (Оренбургская, Астраханская, Омская области). Носительницы этой фамилии — почти наверняка потомки казахов или киргизов, чей предок носил имя Тайтыбай. В XIX — начале XX века, при массовой фиксации фамилий у кочевых народов, русские чиновники часто записывали отчества в форме с суффиксом -ев/-ов, превращая их в наследственные фамилии. Поэтому предок Тайтыбаевых мог быть просто Тайтыбаем, сыном некоего Тыная или Тыныбая.

С точки зрения словообразования фамилия интересна тем, что сохранила полную форму имени-основы без усечения. В отличие от многих тюркских фамилий, где конечный -й отбрасывается (ср. Ахмет → Ахметов), здесь Тайтыбай дал Тайтыбаев. Это говорит о том, что имя воспринималось как цельное, а не как краткая форма.