Фамилия Ильчибаева образована от тюркско-татарского составного имени Ильчебай. Оно складывается из трёх компонентов. Первый, «иль» (il), означает «страна, государство, родина, родной край», а в переносном смысле — «народ, племя, мир, благое намерение». Второй элемент, «че» (chej), скорее всего, восходит к глаголу со значением «посылать». Третий, «бай» (baj), в тюркской ономастике указывает на богатого господина, повелителя. Таким образом, имя Ильчебай можно перевести как «богатый посланник» или «посол».

Модель образования фамилии типична для тюркской традиции: к основе Ильчибай добавили русский фамильный суффикс -ев (вариант -ов после мягких и шипящих), а окончание -а указывает на женскую форму. В русской среде фамилии на -ев фиксировали принадлежность роду, а в башкирской и татарской среде окончание -а часто закреплялось за женщинами, тогда как мужская форма — Ильчибаев.

Поскольку имя Ильчебай — составное и редкое, фамилия Ильчибаева географически тяготеет к регионам расселения башкир и татар, прежде всего к Башкортостану, Татарстану и соседним областям Урала и Поволжья. Процесс формирования фамилий у тюркских народов был длительным и завершился в основном к XIX — началу XX века, поэтому точное место и время возникновения рода Ильчибаевых можно установить только по архивным генеалогическим источникам.