Фамилия Байбалиева образована по самой распространённой в русской ономастике модели — с помощью суффикса -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный. Это указывает на то, что перед нами, скорее всего, русифицированная форма фамилии тюркского происхождения. Женский вариант Байбалиева указывает на то, что мужская форма — Байбалиев. Такие фамилии на -ев типичны для народов Северного Кавказа, Поволжья и Средней Азии, где русская административная система фиксировала местные имена и прозвища по стандартной схеме.

Основа фамилии — составное тюркское имя Байбали. Оно распадается на два корня: «бай» (богатый, господин, уважаемый человек) и «бали» (от арабского «бали» — «старый», «древний», либо от тюркского «бала» — «дитя», «ребенок»). В зависимости от диалекта и эпохи значение могло колебаться. Самая вероятная трактовка — «богатый старец» или «уважаемый старик», где «бай» подчеркивает социальный статус, а «бали» — возраст и мудрость. Менее убедительна версия с «бала»: «бай-бала» означало бы «богатый ребенок» или «господский сын», что тоже возможно, но реже встречается в качестве личного имени.

Географически фамилия Байбалиева чаще всего встречается среди народов, говорящих на языках кыпчакской группы: казахов, ногайцев, кумыков, а также у некоторых групп карачаевцев и балкарцев. В России она распространена в регионах, граничащих с Казахстаном (Астраханская, Оренбургская области), а также в Ставропольском крае и Дагестане. Встречается она и у татар, но реже — у них более характерна форма Байбалиев с ударением на последний слог.

С точки зрения сословной истории, носители фамилии Байбалиев в XIX — начале XX века не принадлежали к дворянству. Скорее всего, это были зажиточные крестьяне, скотоводы или мелкие торговцы. Само имя Байбали в дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках фиксировалось как личное имя, а не прозвище, что говорит о том, что фамилия произошла от имени прямого предка, а не от его занятия или внешности.

В написании фамилии возможна путаница с похожей фамилией Байбалаева, где основа — «бала» (дитя), а не «бали». Однако для Байбалиевой характерно именно «и» в корне, что отсылает к арабскому заимствованию «бали» (старый). Это редкий случай, когда фамилия сохраняет архаичный компонент, не стершийся в бытовой речи.