Фамилия Балыкбаев — типичный пример тюркской модели образования фамилий. Её основа — составное имя Балыкбай, которое складывается из двух слов: «балык» (рыба) и «бай» (богатый, господин, хозяин). Такие двусоставные имена были распространены у многих тюркских народов как пожелание достатка или указание на род занятий.

В прямом значении Балыкбай — «рыбный богач» или «господин рыбы». Однако имя могло быть не только пожелательным, но и прозвищным. Есть версия, что Балыкбаем называли человека, который разбогател именно на рыбной торговле. Для народов Поволжья, Приуралья и Казахстана, где рыбный промысел был важной частью хозяйства, такое прозвище звучало естественно и понятно.

Фамилию образовали по стандартной для региона схеме: к имени Балыкбай добавили русский патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («чей?» — Балыкбаев). То есть изначально это было отчество: сын Балыкбая.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит в ряду таких же «рыбных» тюркских фамилий, как Балыков или Балыкчиев. Но если Балыков может происходить просто от прозвища Балык (рыба), то форма с компонентом «бай» подчёркивает социальный статус или богатство предка. Это делает фамилию более конкретной: вряд ли её дали бедному рыбаку — скорее, человеку, для которого рыба стала источником дохода и уважения.

Встречается фамилия преимущественно у башкир, татар и казахов, что подтверждает её тюркские корни. Русское окончание -ев при этом не меняет происхождения — оно лишь отражает время оформления фамилии, когда в документах стали фиксировать отчества по русскому образцу.