Фамилия Улубаева — женская форма фамилии Улубаев, и её основа, скорее всего, тюркская. Разбираем слово по частям: корень «улу» (в тюркских языках — «великий», «старший», «большой») и компонент «бай» («господин», «богач», «хозяин»). Получается «великий господин» или «старший богач». Такое имя-прозвище могли дать уважаемому человеку, главе рода или состоятельному скотоводу. Суффикс «-ев» в мужском варианте указывает на принадлежность: сын (или потомок) Улубая.

Фамилия явно восходит к личному имени Улубай. Сложные имена с «бай» (как Бекбай, Кутлубай, Уразбай) были распространены у многих тюркских народов: у башкир, татар, казахов, ногайцев. Поэтому географическая привязка широкая — Поволжье, Приуралье, Казахстан. В русских документах такие фамилии начали фиксироваться в XIX веке, когда крестьян и казаков записывали по отцу или прозвищу.

Стоит отметить, что в некоторых говорах «улу» могло означать не только «великий», но и «сын» (в древнетюркском «ул» — сын). Если так, то Улубай — буквально «сын богача» или «сын хозяина». Обе версии не противоречат друг другу, но первая (с «великим») встречается чаще в ономастических справочниках.

Встречается вариант написания Улубаева с ударением на второй или третий слог — это зависит от местной языковой традиции. Редкость фамилии в том, что она не получила широкого распространения в центральных регионах России, что указывает на её локальное бытование среди башкирских или татарских родов.