Фамилия Кельбуганова — редкий случай в русском ономастиконе. Она явно тюркского происхождения и образована по русской модели с суффиксом -ов, который в женском роде даёт окончание -а. Мужской вариант — Кельбуганов. Основа фамилии — составное тюркское имя или прозвище Кельбуга (Кель-Буга).

Разберём эту основу. Первая часть «кель» восходит к тюркскому глаголу со значением «приходить», «приди». Вторая часть «буга» (или «бука») — распространённый в тюркских языках компонент имён, означающий «бык», а в переносном смысле — «силач», «мощный», «упрямый». Таким образом, имя Кельбуга можно перевести как «Приди, силач» или «Будь могучим». Это типичное имя-пожелание, которое давали ребёнку, чтобы он рос здоровым и крепким.

Появление таких имён у русских связано с многовековыми контактами с тюркскими народами (татары, башкиры, ногайцы). В XVI–XVII веках многие тюркские имена и прозвища вошли в обиход русского служилого люда и крестьянства. Фамилия Кельбуганов могла закрепиться за потомками татарского мурзы или воина, перешедшего на русскую службу, либо за крещёным тюрком. Интересно, что в исторических документах встречается фамилия Колбуганов — возможно, это один из вариантов написания той же основы, где «кель» перешло в «кол» под влиянием русского произношения.

С точки зрения словообразования, фамилия Кельбуганова стоит в ряду таких же составных тюркских фамилий, как Акбулатов (белый + булат), Карамышев (чёрный + баран) или Темирбулатов (железо + булат). Но в отличие от них, в основе Кельбугановой лежит не предмет или качество, а глагольная форма — призыв, пожелание. Это делает её особенно редкой и выделяет среди прочих. Географически фамилия встречается в Поволжье и на Урале, что подтверждает её связь с регионами традиционного расселения татар и башкир.