Фамилия Адыльбаев образована по тюркской модели, распространённой у многих народов Поволжья, Урала и Средней Азии. Основа — мужское имя Адыльбай, которое состоит из двух частей: арабского «адиль» (справедливый, правосудный) и тюркского «бай» (богатый, хозяин, господин). Таким образом, имя Адыльбай означает «справедливый богач» или «праведный хозяин», а фамилия — «потомок (или принадлежащий) Адыльбая».

Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного) указывает на русскую канцелярскую адаптацию фамилий в документах XIX — начала XX века. В исконной тюркской среде фамилия могла бы звучать как Адыльбайулы (у казахов) или Адыльбаевич (у татар), но при записи в метрические книги и паспорта преобладала русская форма с суффиксом принадлежности.

Географически фамилия наиболее характерна для башкир, татар и казахов. Встречается также у ногайцев и киргизов. Исходное имя Адыльбай было популярно не только как личное, но и как часть составных имён, где «адиль» подчёркивало желаемую черту характера, а «бай» — социальный статус. Среди носителей фамилии преобладают потомки сельских жителей, скотоводов или мелких торговцев, так как сложные имена с «бай» редко давали детям в среде высшей знати (там чаще использовали титулы вроде «хан» или «бек»).

Интересная деталь: в башкирском языке ударение в фамилии падает на последний слог — Адыльба́ев, что соответствует тюркской интонационной норме, тогда как в русском произношении часто смещается на третий слог — Ады́льбаев. Это типичный пример фонетического конфликта при заимствовании: носители фамилии до сих пор могут спорить о правильном ударении, хотя официально в паспорте закреплён русский вариант.

Если рассматривать этимологический спор: некоторые исследователи возводят первую часть имени к арабскому «идль» (знание, учёность), но это менее вероятно, так как форма «адиль» устойчиво закрепилась в тюркских языках именно в значении «справедливый». В любом случае, фамилия не имеет отношения к русским корням и однозначно указывает на мусульманскую культурную традицию.