Фамилия Колыжбаева образована от восточного имени Колыжбай, которое указывает на тюркские корни предков. Разбираем имя по составу: первая часть — Колыж, вторая — Бай. «Бай» в тюркских языках означает «господин, хозяин», часто использовалось как компонент составных имен, подчеркивающий статус или уважение. С первой частью сложнее: скорее всего, Колыж — это диалектный вариант татарского имени Калы, то есть «имеющий родинку» или «с родинкой». Отсюда общий смысл имени Колыжбай — «господин с родинкой». Родинка в традиционной культуре нередко считалась особым знаком, отметиной судьбы, поэтому такое имя могли дать ребенку, подчеркивая его приметность или удачу.

Менее вероятная версия возводит первую часть к татарскому глаголу «калышу» — «уступать, отставать, отстать». Тогда имя могло означать «господин, который уступает» или «отстающий хозяин», что звучит менее логично для личного имени, поэтому первая версия правдоподобнее.

Фамилия оформлена по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам на мягкий согласный или й (Колыжбай → Колыжбаев). Суффикс указывает на принадлежность: буквально «сын Колыжбая» или «из рода Колыжбая». Форма Колыжбаева — женский вариант, но в русской традиции фамилия склоняется по общим правилам. Географически фамилия встречается преимущественно в регионах с татарским и башкирским населением, а также среди казахов, где тюркские имена с компонентом «бай» особенно распространены. Точных данных о сословной принадлежности предков нет, но носители составных имен с «бай» часто относились к зажиточным слоям или уважаемым семьям, хотя это не обязательно.