Фамилия Келебай — редкий пример, где тюркская основа и украинская модель образования фамилий встретились в одном слове. В основе лежит составное тюркское имя Келебай, которое разбирается на две части: «келе» (от «kelle» — голова) и «бай» (хозяин, богач, господин). Буквально имя означает «голова-господин» или «глава-богач». Такими именами в тюркской среде нарекали с пожеланием, чтобы сын вырос влиятельным, знатным и состоятельным человеком, стал главой рода или общины.

Однако фамилия Келебай — не просто перенесённое имя. Она оформлена по украинской модели: фамилии на -ай, -ей, -уй (как Мамай, Кочурай, Бандурай) характерны для украинской ономастики, особенно для степных регионов, где тюркские имена легко встраивались в местную систему прозвищ. В украинской традиции такие фамилии часто закреплялись за человеком без дополнительных суффиксов — прямо в форме имени или прозвища.

Возможна и вторая версия: фамилия могла возникнуть как прозвище, которое дали уже взрослому человеку — богатому, властному, державшему себя «головой». В этом случае Келебай — не наследственное имя, а характеристика, закрепившаяся за родом. Обе версии не противоречат друг другу: в тюркской среде имена-пожелания и прозвища часто совпадали по смыслу.

Географически фамилия тяготеет к югу Украины, к бывшим землям Запорожской Сечи и Крымского ханства, где тюркско-украинские контакты были особенно плотными. Встречается она редко, что делает её ценной для локальной генеалогии. Аналогов по словообразованию — фамилии Мамай, Байда, Карабай — все они построены по той же схеме «тюркская основа + нулевой суффикс».