Фамилия Алжанбай — редкий случай, когда дославянская форма имени сохранилась без изменений, не обрастая типичными русскими суффиксами вроде -ов или -ин. В большинстве подобных ситуаций мы бы имели дело с фамилией «Алжанбаев», но здесь потомки записали имя предка в чистом именительном падеже. Такое стало возможным относительно поздно, уже в советское время, когда обязательная унификация фамилий по русскому образцу перестала быть строгой.

Основа фамилии — сложное личное имя Алжанбай. Первая часть, «Алжан», восходит к арабскому «аль-жан» (душа, дух). Вторая — «бай» — один из самых распространённых компонентов в тюркской антропонимии, означающий «господин», «богач», «хозяин». В дореволюционной казахской среде имена с компонентом «бай» часто давали с пожеланием благополучия и высокого статуса, но не обязательно указывали на реальное богатство семьи — скорее на надежду на будущую обеспеченность. Таким образом, имя Алжанбай можно перевести как «богатый душой» или «господин духа».

Фамилия почти наверняка ведёт начало от имени основателя рода. В казахской традиции до XX века не было фамилий в привычном русском понимании — человека называли по имени отца, деда или по родовому прозвищу. Лишь после переписи 1920–1930-х годов многие казахи получили фамилии, образованные от имени отца или деда. Если предка звали Алжанбай, его потомки могли записать фамилию как Алжанбаев (по русской модели) или Алжанбай (как есть). Встречаемость именно формы «Алжанбай» говорит о том, что носители, вероятно, живут в регионах с сильным сохранением родного языка — в Казахстане или в приграничных с ним областях России (Оренбургская, Астраханская).

С точки зрения словообразования, фамилия уникальна отсутствием суффикса, который указывал бы на принадлежность к роду («чей?»). Обычно в русских фамилиях эту роль выполняют -ов/-ев, -ин. Здесь же фамилия — это просто имя, записанное как есть. Поэтому её склонение подчиняется правилам тюркских имён: в русском языке она не склоняется, если речь идёт о мужчине (Иван Алжанбай, к Ивану Алжанбай), но женский вариант фамилии — Алжанбай — тоже остаётся неизменным, так как не имеет окончания женского рода.

Однокоренных фамилий немного. Встречаются варианты Алжанбаев, который является калькой с той же основы, но с русским суффиксом, а также Алжанов, где основа сокращена. Фамилия Алжанбай — одна из тех, что несут в себе прямую память о доисламских и мусульманских именных традициях степной Евразии, где ценность человека определялась не только богатством, но и душевными качествами.