Фамилия Байлыев при первом взгляде кажется простой, но её основа ставит перед исследователем несколько загадок. Самое очевидное — в ней нет классического русского суффикса -ов/-ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на согласный. Здесь мы видим суффикс -ев, но он стоит после гласной «ы», что для славянской модели нетипично. Это верный признак: корень фамилии — тюркского или, возможно, кавказского происхождения, и он был адаптирован русским окончанием.

Скорее всего, в основе лежит тюркское слово «байлы» или «байлык». «Бай» в тюркских языках — это богатый, знатный человек, господин. Суффикс -лы/-лык образует прилагательное или абстрактное понятие: «байлы» значит «богатый», «имеющий богатство», а «байлык» — «богатство», «состояние». Таким образом, прозвище Байлы (или Байлык) могли дать зажиточному, состоятельному человеку, владельцу скота или земель. Фамилия Байлыев — это русифицированная форма отчества от такого прозвища: «сын Байлы».

Вторая версия, менее вероятная, но имеющая право на существование, — связь с тюркским глаголом «байла-» (связывать, завязывать). В этом случае прозвище Байлы могло относиться к человеку, занимающемуся вязкой чего-либо (например, плотов, снопов, арканов) или к тому, кто «связывает» людей, то есть посреднику, старосте. Однако в ономастике семантика богатства и знатности встречается гораздо чаще, чем ремесленные прозвища от глаголов.

Географически фамилия Байлыев тяготеет к регионам с тюркским населением: её можно встретить у башкир, татар, казахов, а также у народов Северного Кавказа (ногайцы, кумыки). В русском контексте она редкая и, скорее всего, принадлежит потомкам тюркских народов, которые получили фамилию по деду или отцу с прозвищем Байлы. Сравните с однокоренными фамилиями: Байлов (от «бай»), Баймуратов, Байтуганов — все они строятся по той же модели «бай + признак». Байлыев выделяется тем, что сохранил редкий формант -лы, который в других фамилиях часто редуцировался или заменялся на -ли.