Фамилия Кылышбай — яркий пример того, как тюркское личное имя превратилось в родовое прозвание, сохранив свою первоначальную прозрачную семантику. В отличие от большинства русских фамилий, образованных с помощью суффиксов -ов/-ев или -ин, Кылышбай не имеет патронимического окончания. Это так называемая «застывшая» форма имени, которая перешла в фамилию без изменений. Такая модель характерна для фамилий тюркских народов, особенно казахов, киргизов, башкир и татар, где имя предка часто становилось фамилией в неизменном виде.

Основа фамилии — составное тюркское имя Кылышбай. Первая часть, «кылыш», означает «меч» (ср. казахское, киргизское, татарское «кылыч»). Вторая часть, «бай», переводится как «богач, господин, хозяин». Таким образом, имя Кылышбай дословно означает «меч-богатырь» или «владелец меча». В тюркской ономастике такие имена с компонентом «бай» были очень популярны: они не столько указывали на реальное богатство, сколько служили пожеланием благополучия, силы и удачи. Имя с элементом «кылыш» давали мальчикам, чтобы подчеркнуть их будущую воинскую доблесть, защитническую роль.

Географически фамилия Кылышбай распространена прежде всего в Казахстане, а также среди казахских диаспор в России (особенно в Оренбургской, Астраханской областях) и в Киргизии. Встречаются варианты написания с «ч» (Кылычбай), что связано с диалектными особенностями произношения, но смысл остаётся тем же. В русском языке фамилия может склоняться как мужская (Кылышбая, Кылышбаю) и как женская (не склоняется), если носитель — женщина.

Предки человека с фамилией Кылышбай, скорее всего, были кочевниками-скотоводами или воинами. Само имя говорит о том, что родоначальник, вероятно, пользовался авторитетом, обладал силой или занимался охраной рода. В советское время, когда у многих казахов появились официальные фамилии, имя Кылышбай могло быть записано как фамилия без дополнительных изменений. Это отличает её от фамилий, образованных от того же корня, но с русским суффиксом — например, Кылышбаев (где -ев указывает на принадлежность: «сын Кылышбая»). Фамилия Кылышбай — более редкая и архаичная форма, сохранившая исходный облик имени.