Фамилия Колыжбаев — тюркская по происхождению, образована от личного имени Колыжбай. В основе этого имени лежит сложная конструкция: первая часть, «Колыж», скорее всего, представляет собой диалектный вариант татарского имени Калы. Оно переводится как «с родинкой» или «имеющий родинку» — примета, которая в традиционной культуре часто служила основой для прозвищ и имен. Вторая часть, «Бай», означает «господин», «хозяин», «богач». Это очень распространенный компонент в тюркских именах, указывающий на высокий статус или пожелание благополучия. Таким образом, имя Колыжбай можно истолковать как «господин с родинкой» или «богатый, имеющий родинку».

Существует и менее вероятная версия, связывающая первую часть с татарским глаголом «калышу» — «уступать, отставать». В этом случае имя могло бы означать «отстающий господин» или «уступающий хозяин», что звучит как маловероятное пожелательное имя, поэтому первая версия выглядит предпочтительнее.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе имени Колыжбай добавили патронимический суффикс -ев (фонетическая разновидность суффикса -ов после мягкого согласного «й»). Буквально фамилия означает «сын Колыжбая». Такое оформление характерно для многих фамилий тюркского происхождения, которые входили в русский обиход через документы и переписи.

Фамилия редкая, её география бытования связана прежде всего с регионами Поволжья и Южного Урала, где традиционно жили татары и башкиры. Встречается она и у представителей других тюркских народов. Сословно носители фамилии могли относиться к крестьянам, мещанам или служилым татарам — точных данных о принадлежности к конкретному сословию нет, но массовый характер фамилий с суффиксом -ев указывает на то, что она закрепилась в среде, где русская модель именования стала нормой к XIX веку.