Фамилия Кешильбаев — типичный пример тюркской фамилии, образованной по русской модели. В её основе лежит мужское имя Кешильбай, которое, в свою очередь, составное. Первая часть, «Кеш», восходит к общетюркскому слову со значением «соболь» — ценный пушной зверь, символ богатства и знатности. Вторая часть, «Ильбай», разлагается на «иль» (народ, родина) и «бай» (господин, богач, уважаемый человек). Имя Ильбай означает «уважаемый в народе человек». Соединившись, эти два компонента давали имя-пожелание: родители, называя сына Кешильбаем, желали ему стать достойным и влиятельным человеком, словно драгоценный соболь среди людей.

Фамилия образована по русскому патронимическому принципу с помощью суффикса -ев (после основы на -й): Кешильбай → Кешильбаев. Это означает «сын (или потомок) Кешильбая». Такая модель массово закрепилась у многих тюркских народов после вхождения их территорий в состав Российской империи, когда потребовалась фиксация фамилий по единому образцу.

С точки зрения географии, фамилия Кешильбаев распространена преимущественно в среде казахов и башкир. Встречается она и у других тюркоязычных народов, но именно в казахском и башкирском ономастиконе компонент «бай» в именах был особенно популярен. Примечательно, что имя Кеш в чистом виде как самостоятельное встречается редко, что делает сложносоставную форму Кешильбай достаточно уникальной среди тюркских антропонимов.