Фамилия Рыбаева — женская форма мужской фамилии Рыбаев, которая образована по самой распространённой в русском языке модели: от основы прозвища или профессии с помощью суффикса -ев. Этот суффикс присоединялся к основам на мягкий согласный или шипящий, что и произошло в данном случае: основа «Рыбай» дала «Рыбаев». Сама основа, скорее всего, восходит к слову «рыбай» — так в некоторых южнорусских и украинских говорах называли рыбака. То есть Рыбаевы — это потомки человека, чьим основным занятием была рыбная ловля. Прозвище Рыбай могло закрепиться за ним как профессиональное имя, вытеснив крестильное.

Менее вероятна, но возможна версия, связывающая фамилию с тюркским именем Рыбай, которое бытовало у башкир и татар. В этом случае корень «рыб» не имеет отношения к рыбе, а восходит к арабскому «риба» (прибыль, выгода) или к древнетюркскому «рыбат» (укрепление). Однако в русской среде фамилия Рыбаев/Рыбаева почти всегда воспринималась как «рыбная», и именно профессиональная версия считается основной.

Географически фамилия встречается по всей России, но с заметным сгущением в Поволжье и на Урале — регионах, где рыболовство было одним из главных промыслов. Встречается она и среди казачества, где прозвища по роду занятий были особенно распространены. В отличие от фамилии Рыбаков (с суффиксом -ов), Рыбаева — более редкая, что может указывать на её локальное происхождение: не везде рыбака называли «рыбаем», а только в определённых говорах.

Сословной принадлежности у фамилии нет: Рыбаевы могли быть и крестьянами, и мещанами, и казаками. В дворянские родословные книги эта фамилия не попала, что типично для «ремесленных» прозвищ.