Фамилия Туланбаев — это классический пример тюркской модели образования фамилий, где к основе добавляется русский патронимический суффикс -ев. В данном случае основа — тюркское имя Туланбай. Оно составное: первая часть «тулан» (в разных тюркских языках может означать «тихий, спокойный» или же «тулан» как название птицы, например, дрофы), вторая — «бай» (господин, богатый, хозяин). Таким образом, имя Туланбай могло означать «спокойный богач» или «хозяин-птица» (как прозвище по тотему или внешности). Фамилия Туланбаев, соответственно, значит «потомок Туланбая».

География фамилии указывает на её происхождение из Средней Азии, скорее всего из Узбекистана или Казахстана, где имя Туланбай встречается среди узбеков и казахов. В русских документах XIX — начала XX века, при проведении переписей и учёта населения, такие имена фиксировались как фамилии с добавлением окончания -ев или -ов, что было стандартной практикой для адаптации тюркских имён в имперской бюрократии. В отличие от многих фамилий, образованных от профессий или прозвищ, Туланбаев напрямую восходит к личному имени, которое давали при рождении.

Интересная деталь: вариант написания «Туланбаев» с буквой «а» во втором слоге отличает её от похожей фамилии «Туленбаев» (с «е»), которая встречается у казахов и происходит от имени Туленбай (от «тулен» — «жеребёнок»). Встречаются также формы «Туланбай» (без суффикса) и «Туланбаевич» (отчество), но в качестве фамилии закрепился именно вариант с -ев. Сословно носители фамилии в основном относились к крестьянам или скотоводам, так как в среде кочевых и полукочевых народов такие имена были распространены повсеместно, и никакого дворянского или купеческого статуса за ними не стояло.