Фамилия Туленбаев — яркий пример антропонимики, сложившейся в зоне тюркско-русского культурного пограничья. Она образована по классической русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или гласный звук. В данном случае основа — тюркское имя Туленбай. Разобрать её можно так: «Тулен» (или «Тулен») плюс «бай» (богатый хозяин, господин, состоятельный человек) плюс русский патронимический суффикс -ев. Итоговое значение фамилии: «потомок Туленбая».

Имя Туленбай составное. Первая часть, «Тулен», скорее всего, восходит к казахскому или ногайскому слову «түлкі» (лиса) с фонетическими изменениями. В тюркской ономастике названия зверей нередко использовались как прозвища, указывающие на хитрость, ловкость или внешнее сходство. Вторая часть — «бай» — один из самых частых компонентов в тюркских именах дореволюционного периода. Она указывала на желание родителей видеть сына богатым и уважаемым человеком. Таким образом, имя Туленбай можно перевести как «богатый, как лиса» или «лисий хозяин», что звучит как пожелание благополучия, соединённого с практической сметкой.

Географически фамилия тяготеет к западному Казахстану и прилегающим регионам России — Астраханской, Оренбургской, Волгоградской областям. Среди носителей преобладают потомки казахов, а также, возможно, ногайцев, которые в XIX — начале XX века активно входили в состав Российской империи и получали фамилии по отцу через русскую администрацию. Интересная деталь: в метрических книгах и ревизских сказках фамилия могла писаться по-разному — Туленбаев, Туленбайев или даже Тюленбаев (с «ёкающим» произношением, которое путали с русским словом «тюлень»). Последний вариант — чисто канцелярская ошибка, не имеющая отношения к морскому зверю.

Социальный состав первых носителей был преимущественно крестьянским и скотоводческим. Туленбаевы — это не дворянский род, а родовая ветвь кочевников или полукочевников, осевших на землю. В советское время фамилия не потерялась, а закрепилась в среде сельской интеллигенции и рабочих. Поскольку компонент «бай» в советской идеологии считался «буржуазным», некоторые носители могли менять фамилию, но массового отказа от неё не произошло — имя Туленбай воспринималось как традиционное, а не политическое.