Фамилия Ултанбеков — редкий пример тюрко-персидского именования, адаптированного русской патронимической моделью. В её основе лежит сложносоставное имя Ултанбек, где первая часть — «ултан» — восходит к тюркскому «ултан» (величие, слава) или является вариантом имени Алтан (золото). Вторая часть — «бек» (господин, князь) — типичный для тюркских народов титул, входивший в состав многих имён. Таким образом, имя Ултанбек можно перевести как «великий господин» или «золотой князь», что указывало на знатное происхождение или высокий статус его носителя.

Суффикс -ов превращает это восточное имя в русскую фамилию по стандартной модели: «чей?» — «сын Ултанбека». Такая форма характерна для фамилий, возникших в среде татарской, башкирской или казахской знати, которая после вхождения в состав Российской империи принимала русские фамильные окончания. В отличие от фамилий на -ин, которые образуются от основ на -а/-я, суффикс -ов здесь указывает на мужское имя, оканчивающееся на согласный.

Географически фамилия Ултанбеков наиболее вероятна в регионах с компактным проживанием татар и башкир — в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она и у казахов, но с окончанием -ов, а не -ев, что говорит о русификации в делопроизводстве XIX — начала XX века. Спорной остаётся версия о связи с монгольским именем Алтан (золото) через диалектные изменения «а» в «у», но она менее правдоподобна: в тюркских языках «ултан» как самостоятельное слово встречается редко, чаще оно выступает в составе имён как показатель величия.

Сословно предки носителя фамилии могли относиться к служилым татарам, муллам или купцам — тем, кто имел право на «бекский» титул в имени. Однако без привязки к конкретному роду утверждать это с уверенностью нельзя: в XIX веке имя Ултанбек могли дать и в крестьянской семье, следуя моде на «княжеские» имена.

Написание фамилии устойчиво: Ултанбеков, с буквой «у» в начале и суффиксом -ов. Вариант с «а» (Алтанбеков) встречается как однокоренной, но не тождественный — это отдельная фамилия с той же семантикой, но другой огласовкой.