Фамилия Тюбаева образована от мужского варианта Тюбаев, и её корень — редкое прозвище или неканоническое имя Тюбай. Чтобы понять, что оно значило, нужно разобрать его по частям. Основа «Тюб-» может восходить к тюркскому слову «тюбе» (төбә) — «вершина», «холм», «макушка». В тюркских языках, особенно в башкирском и татарском, это слово активно используется в топонимах (названиях гор и селений) и могло стать прозвищем человека, жившего на возвышенности или имевшего высокую, заметную фигуру. Суффикс «-ай» в тюркских именах и прозвищах — уменьшительно-ласкательный или указывающий на принадлежность, так что Тюбай — это буквально «вершинка» или «холмик», а в переносном смысле — «маленький, но заметный», «главный».

Другая, менее вероятная версия связывает фамилию с русским диалектным словом «тюба» — так в некоторых говорах называли неуклюжего, мешковатого человека или, реже, бочонок, кадку. Но суффикс «-ай» для русских прозвищ нехарактерен, поэтому тюркское происхождение основы выглядит убедительнее. Фамилия Тюбаев — типичный пример «восточного» следа в русских фамилиях, когда тюркское прозвище получило русский патронимический суффикс «-ев» (вариант «-ов» после мягкой основы). Такие фамилии массово возникали в XV–XVII веках, когда русские служилые люди и крестьяне контактировали с тюркскими народами Поволжья и Приуралья.

Географически фамилия Тюбаева сегодня встречается редко, но её очаги — в Башкортостане, Татарстане и Оренбургской области, что подтверждает тюркскую версию. Носители фамилии, вероятно, происходят из башкирских или татарских родов, которые в разное время переходили в православие и получали русифицированные фамилии. Встречаются и случаи, когда фамилию носили русские, чьи предки получили прозвище от местного тюркского населения.

Написание «Тюбаева» — единственно верное для женского варианта; мужской вариант — Тюбаев. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Тюба́ев (от формы Тюба́й). Фамилия не имеет отношения к дворянским родам — она народная, прозвищная, и её носители в большинстве своём были крестьянами или казаками. Однокоренные фамилии — Тюбин, Тюбетев, Тюбеев — тоже редки и указывают на то же тюркское происхождение.