Фамилия Зарбалиув — редкий случай, когда написание почти полностью выдаёт географию происхождения. Окончание -ув вместо привычного -ов или -ев — это не опечатка и не искажение, а живая черта говоров русского Севера, в первую очередь архангельских и вологодских. В северных диалектах после твёрдого согласного звук [о] в окончании фамилий переходил в [у]: так появились Ломоносов — Ломоносув, Кузнецов — Кузнецув. Зарбалиув стоит в том же ряду: перед нами патроним, застывший в местном произношении.

Основа фамилии — Зарбалий или Зарбалей. Это личное имя или прозвище, и тут возможны две версии. Первая, наиболее вероятная, — тюркское происхождение. В тюркских языках «зар» (zār) означает «горе», «страдание», а «бали» (bali) — «рана», «беда». Сложносоставное имя Зарбали могло быть охранительным: родители давали его ребёнку, чтобы отвести от него настоящие беды и болезни. Такая практика распространена у многих народов, в том числе у татар и башкир, где имена с компонентом «зар» встречаются. Вторая версия, менее убедительная, связывает фамилию с персидским «зар» — «золото»: тогда Зарбали — «золотая рана» или «золотое горе», что звучит поэтично, но для прозвища маловероятно.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Зарбалий добавили суффикс принадлежности -ув (тот же, что -ов, но в северном произношении). Первоначально это означало «сын Зарбалия» или «из дома Зарбалия». Носители фамилии — скорее всего, потомки крестьян или посадских людей из северных губерний, куда в XVI–XVII веках переселялись служилые татары и другие выходцы из Поволжья. Фамилия не получила широкого распространения и осталась локальной, возможно, в одной-двух деревнях.

Поскольку фамилия редкая, в официальных документах она могла записываться по-разному: как Зарбалиув, так и Зарбалиев, Зарбалеев — в зависимости от грамотности писаря и местного говора. Современный вариант с -ув — наиболее ценный для историка, так как он сохранил живую речь предков, не подогнанную под литературную норму.