Фамилия Узбаев — редкая и, скорее всего, тюркская по происхождению. Её основа, «Узбай», почти наверняка представляет собой сложное имя или прозвище, где первая часть — «уз» (тюрк. «сам», «свой» или, в некоторых диалектах, «мастер», «искусный»), а вторая — «бай» (тюрк. «господин», «богач», «хозяин»). Таким образом, буквальное значение имени Узбай — «сам себе господин» или, что более вероятно, «искусный господин» (то есть мастер своего дела, человек, добившийся положения благодаря личным качествам, а не наследству). Фамилию образовали по русской модели: к основе «Узбай» добавили типичный русский суффикс принадлежности -ев (вариант -ов после мягкого согласного), который указывает на «сына Узбая» или «человека из рода Узбая».

Главная сложность — определить, какой именно тюркский народ дал эту фамилию. Форма на -ев характерна для фамилий, которые возникали у башкир, татар, казахов и народов Северного Кавказа (например, балкарцев или карачаевцев) при взаимодействии с русской администрацией. Однако имя Узбай не является распространённым в современных именниках этих народов. Это говорит о том, что прозвище могло быть локальным, внутриродовым, или же оно восходит к более древнему, ныне вышедшему из употребления имени.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с кавказским топонимом Узба (одна из вершин Кавказских гор). В этом случае основа «Узба» могла бы означать «с Узбы», а суффикс -ев указывал бы на выходца из местности, названной в честь горы. Но эта гипотеза слабая: фамилии от названий гор обычно образуются иначе (например, Узбинский, а не Узбаев), и нет подтверждений, что предки носителей фамилии жили именно у этой вершины.

Словообразовательная модель фамилии (основа на -ай/-ей + суффикс -ев) — классический пример адаптации тюркского имени в русской среде. Фамилия не содержит указания на сословие: её мог получить и крестьянин, и служилый человек, и купец — всё зависело от того, кто именно носил имя Узбай. Встречаемость фамилии сегодня крайне низкая, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: скорее всего, все носители Узбаевых — потомки одного рода, жившего в определённой местности (вероятно, в Предуралье или на Северном Кавказе).