Фамилия Тугелбаев — редкий пример фамилии, в которой тюркская основа и русский суффикс -ев встретились в регионе, где обычно преобладают фамилии на -ов. Это сразу указывает на её позднее оформление, скорее всего, уже в XIX–XX веках, в период, когда русская административная система закрепляла фамилии за нерусским населением.

Основа фамилии — личное имя Тугелбай. Оно составное, типичное для казахской и башкирской антропонимии. Первая часть, «тугел» (или «түгел»), в тюркских языках означает «полный», «целый», «совершенный». Вторая, «бай», — «богатый», «хозяин», «господин». Имя Тугелбай, таким образом, могло быть пожелательным: «полный богач» или «обладающий полнотой богатства». В кочевой среде такие имена давали, чтобы привлечь удачу, достаток и здоровье в семью.

Суффикс -ев (а не -ов) в фамилии Тугелбаев объясняется фонетикой: основа оканчивается на мягкий согласный «й» (Тугелбай → Тугелбаев). Это стандартная русская модель образования фамилий от имён на -й. Если бы основа звучала как Тугелба, фамилия была бы Тугелбаев с тем же суффиксом, но написание не изменилось бы.

Географически фамилия тяготеет к территориям, где исторически жили казахи, башкиры и татары — от Западного Казахстана до Южного Урала. Встречается она нечасто, и это говорит о том, что родоначальник, скорее всего, был человеком заметным в своей общине, но не принадлежал к высшей знати (у знати фамилии чаще образовывались по-другому, через -ов или от титулов). Носитель имени Тугелбай мог быть зажиточным скотоводом, старостой аула или мелким торговцем.

В отличие от громких фамилий на -ов, Тугелбаев сохранил в себе прозрачную тюркскую этимологию, почти не искажённую временем. Это редкий случай, когда имя-пожелание дошло до нас в почти неизменном виде, без переосмысления в русском языке.