Фамилия Туманбаева — классический пример восточного антропонимического типа, который в русской среде получил оформление по стандартной славянской модели. Основа здесь — тюркское мужское имя или прозвище Туманбай. Вторая часть «бай» означает «богач», «господин», «хозяин», а первая — «туман» — в разных тюркских языках может значить и «туман» как природное явление, и «тьма», «десять тысяч» (как воинская единица у монголов и тюрков). Таким образом, имя Туманбай можно перевести и как «богатый, как туман» (образно — неисчислимый, огромный), и как «господин тьмы» (в значении «предводитель десятитысячного войска»). Обе версии правдоподобны: первая тяготеет к поэтической прозвищной традиции, вторая — к военно-административной лексике.

Фамилия образована по русскому патронимическому суффиксу -ев, который добавляется к основам на мягкий согласный или -й. В исходном виде (Туманбаев) она указывает на потомка человека по имени Туманбай. Окончание -а в форме Туманбаева — это женский вариант, фиксирующий принадлежность к роду через женщину (например, в документах на жену или дочь). Такая модель характерна для фамилий, которые в XIX—XX веках были русифицированы при записи в метрики или паспорта народов Поволжья, Средней Азии и Казахстана.

В географическом плане фамилия Туманбаева наиболее распространена в Казахстане, Киргизии, а также среди башкир и татар. Встречается она и в Узбекистане. В русских реестрах она редка и, как правило, указывает на миграцию из указанных регионов. Сословно носители исходного имени Туманбай могли быть как рядовыми кочевниками, так и представителями знати — в зависимости от региона и эпохи, но однозначных исторических свидетельств о привилегированном положении именно этого имени нет.

С точки зрения словообразовательной редкости интересно, что фамилия не имеет тюркского суффикса принадлежности (-ов/-ев в тюркских языках обычно не используется; там патроним образуется через «улы/кызы»). То есть Туманбаева — результат именно русской канцелярской адаптации: тюркское имя + русский суффикс. Это типичный гибрид, каких много в Приуралье и Сибири. Если сравнивать с однокоренными, то встречаются также Туманбаев, Туманбай (без суффикса), Туманбайулы — но последние уже чисто тюркские формы. Русский вариант закрепился в советских паспортах и потому стал основным для многих семей.