Фамилия Калимбаев — это редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все прочие версии. Её основа — Калимбай — почти со стопроцентной вероятностью восходит к казахскому или тюркскому мужскому имени Калимбай. В этом имени две части: «Калим» (арабское «калим» — «говорящий», «оратор», одно из имён пророка Моисея — Калимулла) и «бай» (тюркское «богатый», «господин», «хозяин»). Таким образом, имя Калимбай можно истолковать как «богатый красноречием» или «господин-оратор». Имя было широко распространено у казахов, киргизов, башкир и татар.

Русский суффикс -ев (вместо более ожидаемого -ов) указывает на то, что фамилия оформлялась по правилам русского языка в документах: от основы на мягкий согласный или на -й (Калимбай → Калимбаев). Это типичная модель для фамилий, которые появились у тюркских народов в XIX–XX веках при переходе к оседлому образу жизни и фиксации в метрических книгах или советских паспортах. Фамилия буквально означает «сын (или потомок) Калимбая».

Более редкая, но возможная версия отсылает к арабскому слову «калам» — «тростниковое перо», «письменная речь». В этом случае Калимбай могло быть прозвищем писца, переписчика книг или учителя. Однако первая версия — от личного имени — гораздо правдоподобнее, так как составные имена с компонентом «бай» — один из самых продуктивных способов имяобразования в степи.

Сословно фамилия не указывает на дворянство или духовенство. Её носители — потомки простых скотоводов, земледельцев или ремесленников, чей предок носил имя Калимбай. Фамилия редкая, её основной ареал — Казахстан, а также Оренбургская, Астраханская области и прилегающие регионы России, где исторически жили казахи. Встречаются варианты написания Калимбаев и Калимбай (без суффикса, как у некоторых народов Кавказа), но русская паспортная норма закрепила именно форму на -ев.