Фамилия Тынбаев — редкий случай, когда основа не поддаётся однозначному толкованию в рамках славянской лексики. В русских говорах слова «тынба» или «тынб» нет, а корень «тын» (частокол, забор) даёт фамилии вроде Тынов или Тынников, но суффикс «-бай» здесь чужероден. Поэтому логичнее искать происхождение в тюркских языках, где «бай» — титул богатого, знатного человека, хозяина. Основа «тын» может восходить к тюркскому «тын» — дыхание, душа, жизнь, или к «тын» — спокойствие, тишина. В таком случае Тынбаев буквально означает «спокойный богач» или «обладатель крепкого духа».

Словообразовательная модель фамилии типична для русифицированных тюркских фамилий: основа плюс суффикс «-ев», который добавляли при переходе в русскую официальную систему. Встречаются варианты с «-ов» — Тынбаев или Тынбаев, но написание через «е» закрепилось под влиянием русского произношения. Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным тюркским субстратом — Башкортостан, Татарстан, Оренбуржье, где башкирские и татарские роды нередко получали фамилии по прозвищу предка.

Есть и менее вероятная, но возможная версия: «тын» как искажённое «дин» (вера, религия) в арабо-тюркском произношении. Тогда Тынбай — «богатый верой», то есть человек, известный благочестием. Слабость этой гипотезы в том, что переход «д» в «т» в тюркских фамилиях встречается, но обычно фиксируется в письменных источниках, а для Тынбаева таких документов нет.

Социальный контекст фамилии — скорее всего, крестьянский или казачий. В XIX веке многие тюркские народы, переходя в православие или просто оформляя документы, получали фамилии по прозвищу, и Тынбай могло быть личным именем-пожеланием (как «Байтуган» или «Баймурат»). В метрических книгах фамилия встречается с середины XIX века, преимущественно среди тептярей и башкир.

Однокоренных фамилий в русской среде нет, но в тюркском ареале есть параллели: Тынбаев, Тынбаев, Тынбаев — все они образованы от одного антропонима Тынбай. Разница в написании объясняется местными диалектами (замена «ы» на «и» или «у»). Уникальность фамилии в том, что она сохранила редкую основу, не ставшую частью массовых моделей вроде «Ахметов» или «Ибрагимов».