Фамилия Майлыбаев — редкий случай, когда географический и языковой анализ даёт почти однозначный ответ, но с неожиданным поворотом. Это фамилия тюркского происхождения, и её основа — не личное имя, а топоним. Корень «Майлыбай» (или «Майлы-бай») восходит к названию местности: в Казахстане есть несколько урочищ и рек с именем Майлы (от казахского «майлы» — маслянистый, жирный, плодородный; в переносном смысле — богатый). Второй компонент «бай» в тюркских языках означал «хозяин», «богач», «господин». Таким образом, исходное название могло значить «богатое (жирное) место» или «маслянистый источник».

Фамилия образована по русской модели патронимического суффикса -ев, который присоединяли к тюркским основам на -й, -ь (сравните: Алтынбаев, Карабаев). Получается, что Майлыбаев — это «сын (или потомок) человека по прозвищу Майлыбай», но само прозвище, скорее всего, дали не человеку, а роду, который жил у одноимённого урочища. В казахской традиции фамилии в современном виде появились поздно, в советское время, и часто закрепляли за родом название местности, откуда он вышел. Поэтому предки носителей фамилии Майлыбаев, вероятно, происходили из местности с названием Майлыбай (или Майлы), а их родоначальник мог быть уважаемым человеком, владевшим этими землями.

Любопытная деталь: в отличие от многих русских фамилий с суффиксом -ев, которые ведут происхождение от церковных или славянских имён, Майлыбаев — пример «калькирования» на стыке культур. Тюркская основа «бай» здесь не стала частью фамилии, а вошла в неё целиком, и русский суффикс лишь оформил её по образцу «Иванов — сын Ивана». Фамилия почти не встречается за пределами Казахстана и прилегающих регионов России (Оренбуржье, Астраханская область), что подтверждает её узкую локальную привязку. Других версий — например, от арабского имени или прозвища — нет, так как компонент «Майлы» нехарактерен для исламской антропонимии и явно указывает на тюркскую географию.