Фамилия Майлыбаева — редкий случай, когда географию бытования можно установить почти безошибочно. Её основа — тюркское слово «майлы» (жирный, маслянистый, плодородный, а в переносном смысле — богатый, зажиточный). Второй компонент — «бай» (господин, богач, хозяин). Вместе «Майлыбай» — составное имя-пожелание, типичное для казахской и башкирской антропонимии: «богатый, как масло» или «обильный господин». Женская форма Майлыбаева, таким образом, значит «дочь или жена Майлыбая».

Словообразовательная модель прозрачна: к мужскому имени Майлыбай добавили русский патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного «й»). В казахской среде такие фамилии массово фиксировали в советское время, когда родовые имена превращали в наследственные. До этого носители пользовались отчеством по отцу, а само имя Майлыбай могло быть как личным, так и прозвищным — его давали ребёнку, надеясь на достаток, или же человеку, владевшему тучными пастбищами и скотом.

Корень «май» (жир, масло) в тюркских языках имеет двойную семантику: это и буквальная питательная ценность, и метафора благополучия. В казахской степи «майлы» — не только про еду, но и про землю: «майлы жер» — плодородный участок. Фамилия могла закрепиться за родом, который кочевал на богатых угодьях или держал много скота, дававшего жирное молоко.

Встречается фамилия преимущественно в Казахстане, особенно в Западном и Центральном регионах, а также среди казахов Башкортостана и Оренбургской области России. В русской среде она почти не бытует — это яркий маркер казахского происхождения. Однофамильцев с иным корнем (например, от русского «майло» — мыло) у фамилии нет: форма Майлыбаева слишком специфична для тюркского составного имени.