Фамилия Койлыбева — женская форма, а мужская, Койлыбев, встречается значительно реже. Её основа — тюркское имя или прозвище Койлыбей, которое разбирается на две части: «койлы» и «бей». «Бей» — это тюркский титул, соответствующий князю или господину, а первая часть восходит к слову «кой» — «овца». Таким образом, исходное имя Койлыбей могло означать «овцеводческий бей» или «бей, владеющий овцами». В кочевых обществах Центральной Азии овцы были основой хозяйства, и такое имя указывало не на бедность, а на владельца больших отар, то есть на зажиточного и уважаемого человека.

Суффикс -ев в фамилии — типичный русский патронимический формант, который добавляли к тюркским основам при оформлении фамилий в XIX веке, особенно в период переписи населения. Это указывает на то, что предок носителя фамилии, скорее всего, жил на территории, где русская администрация фиксировала фамилии по отчеству: например, в Казахстане, Киргизии или среди татар. Фамилия Койлыбева почти не встречается за пределами бывшего СССР, и её география сосредоточена в Казахстане и прилегающих регионах России.

В отличие от многих фамилий, где основа — личное имя (например, Ахметов), здесь мы имеем дело с составным титулованным прозвищем. Это говорит о том, что предок мог быть не просто рядовым скотоводом, а человеком, занимавшим определённое положение в родовой иерархии. В казахской ономастике такие фамилии на -бей (Койлыбей, Тлеубей, Сатыбалдыбей) нередко фиксировали социальный статус основателя рода.

Есть и менее вероятная версия, что «койлы» — это искажённое «койлык» (от «койлыгу» — «подражать»), но она не подкрепляется типичной для региона моделью имяобразования. Правдоподобнее всего, что фамилия — прямой потомок статусного прозвища, которое давалось по роду занятий и богатству.