Фамилия Пибаев — одна из тех, где ясна основа, но неочевидно исходное слово. В ней выделяется типичный русский фамильный суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?»). Следовательно, в основе лежит прозвище или имя Пибай.

Корень «Пиб-» — редкий для славянских языков. Самое вероятное объяснение — это искажённая форма тюркского имени или прозвища. В татарском, башкирском, казахском языках есть основа «пиб/биб», восходящая к арабскому «биби» — «госпожа», «женщина знатного рода». Однако для мужского прозвища это нехарактерно. Более правдоподобна связь с тюркским глаголом «пию» (резать, кроить) или «пибек» (маленький, крошка). Тогда Пибай — уменьшительно-ласкательная форма от прозвища, данного человеку невысокого роста или, напротив, мастеру-резчику.

Вторая версия, менее распространённая, но имеющая право на существование, — происхождение от крестильного имени. В святцах нет имени Пибай, но в русских говорах фиксировалось прозвище Пиба — так могли называть того, кто пил много воды или кваса (от глагола «пить»). Суффикс -ай в таком случае образует характерную для северных и сибирских говоров форму: Пибай — «тот, кто любит попить».

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири. Встречается у русских, но с высокой долей вероятности имеет тюркские корни, что подтверждается и типичной для татарских фамилий моделью на -ев. Таким образом, предки носителя фамилии Пибаев — скорее всего, выходцы из татарской или башкирской среды, принявшие православие, либо русские, перенявшие прозвище от соседей-тюрков.

Стоит отметить, что фамилия не получила широкого распространения и осталась редкой, что говорит о её локальном происхождении — возможно, от одного родоначальника в конкретном селе или слободе.