Фамилия Агылбаев — редкая и территориально привязанная к башкирской и татарской среде. Её основа — тюркское мужское имя Агылбай, которое состоит из двух частей: «агыл» (ум, разум, сознание) и «бай» (богатый, господин, хозяин). В буквальном смысле Агылбай — «богатый умом» или «обладатель разума». Имя подчёркивало не материальное, а интеллектуальное превосходство, что в кочевых и полукочевых обществах ценилось не меньше скота или земли.

Русский суффикс -ев указывает на патронимическое происхождение: фамилия образована по модели «чей?» — «сын Агылбая». Формально она вписывается в схему, общую для многих тюркских фамилий, вошедших в русский документооборот после XIX века. Однако тут есть особенность: в башкирском языке имя могло звучать как Ағылбай, где буква «ғ» обозначает звонкий увулярный согласный. При записи в метрические книги или ревизские сказки этот звук заменяли на «г» или «к», поэтому встречаются варианты Агылбаев, Акылбаев и даже Агильбаев.

Географически фамилия тяготеет к юго-востоку Башкортостана и прилегающим районам Оренбургской области. Носители чаще всего происходят из башкирских родов, занимавшихся скотоводством и земледелием. В отличие от фамилий на -ов/-ев, образованных от русских имён или прозвищ, Агылбаев сохраняет прямую связь с доисламским тюркским именником, где «бай» — один из самых частых компонентов (ср. Туйбай, Ишбай, Уразбай).

Интересно, что имя Агылбай не получило широкого распространения: оно встречается реже, чем, например, Ахметбай или Айдарбай. Возможно, это указывает на то, что предок носителей фамилии был заметной фигурой в своей общине — человека с прозвищем «богатый умом» вряд ли назвали бы случайно. Социальный статус первых Агылбаевых, скорее всего, был рядовым: башкирские тептяри или государственные крестьяне, без дворянских привилегий. В советское время фамилия не трансформировалась и не русифицировалась дальше, что говорит о поздней и точной фиксации исходной формы.