Фамилия Антыбаев — редкий пример, где на стыке имени и суффикса образовалась не сразу очевидная, но логичная форма. В её основе лежит крестильное имя Антыбай, которое представляет собой народную переделку канонического имени Антипа (от греческого «антипатос» — «противник», «упрямый»). В русской простонародной среде имя Антипа часто звучало как Антып, Антыпа, а в тюркоязычных регионах, где имя прижилось через православие, оно легко обрастало компонентом «бай» (тюрк. «богатый», «господин»). Так возникло двусоставное Антыбай: христианское имя плюс тюркский титул — характерная гибридная форма для пограничья культур.

Суффикс -ев указывает на модель «чей?»: Антыбаев — сын Антыбая. Фамилия эта типична для народов Поволжья и Приуралья, особенно среди татар, башкир и русских, живших в смешанных районах. Если бы имя Антыбай бытовало в чисто русской среде, фамилия скорее приняла бы форму Антыпов или Антыпин. Выбор суффикса -ев вместо -ов (Антыбаев, а не Антыбаов) объясняется мягкостью конечного согласного основы «й» — это стандартное правило русской орфографии для фамилий.

Встречаемость фамилии невысокая, что говорит о её локальном происхождении, вероятно, из одного-двух родовых гнёзд. Основные очаги — западная часть Башкортостана и прилегающие районы Татарстана. В старых метрических книгах XIX века можно найти варианты написания: Антыбаев, Антыбайев, а также Антебаев — через «е» под влиянием аканья. Сословно носители фамилии относились к государственным крестьянам или тептярям — сословию, сформированному из финно-угорских и тюркских народов, принявших православие.

Ошибочно связывать фамилию с русским словом «антыб» (такого слова не существует) или с «антибактериальный». Версия про цыганское происхождение тоже слаба: цыганские фамилии образуются иначе, а имя Антыбай в цыганской ономастике не зафиксировано. Самая правдоподобная линия — через крестильное Антипа, адаптированное в тюркоязычной среде, что делает Антыбаева не просто носителем фамилии, а носителем памяти о межэтническом контакте XVII–XVIII веков.