Фамилия Ильбаева хранит память о своём корне — мужском имени Ильбай. Это имя составное, тюркское: первая часть «иль» означает «страна, государство, родина», вторая «бай» — «богатый, состоятельный, могущественный человек, господин». Вместе имя Ильбай переводится как «богатая страна» или «владыка страны». Такие имена-пожелания были распространены у тюркских народов: родители желали сыну благополучия и высокого положения.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который добавлялся к основам на мягкий согласный или й. В данном случае к основе Ильбай прибавили -ев, получив фамилию в мужской форме Ильбаев. Для женщин закрепилась форма Ильбаева. Суффикс -ев типичен для фамилий, возникших в среде, где русская административная система оформляла тюркские имена в официальные документы.

Географически фамилия Ильбаева встречается в регионах, где исторически жили тюркские народы: в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области. Встречается она и у башкир, и у татар. Среди носителей фамилии есть люди разных профессий, но само имя-основа говорит о том, что предок был уважаемым человеком — возможно, старшиной, баем или зажиточным хозяином.

В отличие от многих фамилий на -ов, у Ильбаева нет однозначного славянского корня, что сразу выдает её тюркское происхождение. Родственные фамилии — Ильбаев, Ильбай, Ильбаков — встречаются реже, но указывают на ту же именную основу. Фамилия Ильбаева нечастая, но устойчивая: она сохранилась в нескольких поколениях и не утратила связи с исходным именем.