Фамилия Балькебаев образована от личного имени Балькебай. Скорее всего, это диалектный вариант тюркского имени Бельгибай (Белгібай), которое восходит к двум основам: «бельгу» (знак, признак, примета) и «бай» (богатый, хозяин, господин). Имя с компонентом «бельгу» давали мальчику, у которого на теле была заметная примета — родинка или родимое пятно. Если такой знак обнаруживали не сразу, а спустя время после рождения, ребенку могли дать новое имя, в состав которого входило слово с этим значением.

Фамилия строится по типичной для тюркских народов модели: к основе Балькебай добавляется русский патронимический суффикс -ев. Такое оформление характерно для многих казахских и татарских фамилий, которые в XIX–XX веках фиксировались в документах на русском языке. Суффикс указывает на принадлежность: буквально «сын Балькебая».

Встречаются варианты написания с гласной «и» в первом слоге — Билькебаев. Это не ошибка, а следствие того, что в тюркских языках звук «ә» (близкий к русскому «э») на письме передавали по-разному. Оба варианта восходят к одному корню.

С точки зрения географии фамилия Балькебаев чаще всего встречается в Казахстане, особенно в западных и северных областях, а также среди казахов, переселившихся в соседние регионы России. Сословно предки носителя фамилии относились к свободным общинникам — скотоводам и земледельцам, поскольку имя Балькебай не было аристократическим или родовым титулом.

Разбор словообразовательной модели показывает: основа Балькебай — двусоставное тюркское имя, где первая часть утратила исходный гласный «и» (Бельгибай → Балькебай). Это распространённый в живой речи процесс редукции безударного гласного. Такое явление подтверждается данными тюркской ономастики: многие личные имена в бытовом произношении сокращались, а в документах закреплялся именно сокращённый вариант. Поэтому версия о происхождении от Бельгибай — наиболее обоснованная.