Фамилия Туманбаев — яркий пример тюркской антропонимической модели, где личное имя или прозвище соединяется с аффиксом принадлежности. Основа здесь — «Туманбай», а суффикс «-ев» (фонетический вариант «-ов») русифицировал фамилию, приспособив её к документам Российской империи и советским паспортам. Без этого суффикса фамилия выглядела бы как Туманбай или Туманбайулы (в казахской традиции «сын Туманбая»).

Корень «туман» в тюркских языках (особенно в казахском, киргизском, башкирском) имеет два основных значения: «плотный туман, мгла» и, что важнее для антропонимии, «тьма, десять тысяч». Второе значение восходит к военно-административной терминологии кочевников: «тумен» — отряд в десять тысяч воинов или крупная административная единица. Второй компонент «бай» означает «богач, хозяин, господин». Таким образом, имя Туманбай могло означать «богатый, как тумен» (то есть обладатель огромного богатства) или «владыка тьмы» в переносном смысле — повелитель несметного числа людей. Прямая связь с атмосферным явлением («туманный бай») маловероятна: в тюркских именах редко используют природные явления в прямом значении без дополнительной символики.

По географии фамилия тяготеет к Казахстану, Киргизии и Башкортостану, реже встречается у татар и узбеков. В русских дореволюционных метриках её могли записать как Туманбаевъ, а в середине XX века, при унификации, отсекли твёрдый знак. Встречаются варианты ударения: на второй слог (Туманбаев) и на последний (Туманбаев), что зависит от местного говора.

Социально предки носителя фамилии — скорее всего, не рядовые скотоводы, а люди, чей род был связан с военной или административной верхушкой, либо просто зажиточные хозяева. Имя Туманбай давали с пожеланием, чтобы мальчик стал таким же могущественным, как предводитель тумена, или чтобы его богатство измерялось десятками тысяч. Фамилия не содержит указания на сословие — её могли носить как степные аристократы (батыры, бии), так и зажиточные крестьяне, получившие прозвище за хозяйственную хватку.