Фамилия Сергебаева образована от мужского имени Сергебай, которое у восточных народов складывалось из двух самостоятельных частей. Первая часть — Серге — скорее всего восходит к монгольскому слову «серге», то есть «козел». Имена, образованные от названий животных, встречались у многих восточных народов довольно часто: так родители желали ребенку силы, выносливости или просто давали имя-оберег. Вторая часть — «бай» — переводится как «богатый хозяин», «могущественный человек», «господин». В тюркской традиции этот компонент добавляли к имени, чтобы подчеркнуть знатность рода или выразить пожелание достатка и уважения.

Соединение двух таких корней давало имя, которое можно прочитать как пожелание благополучия: буквально «богатый, как козел» в смысле владелец большого стада, либо «могущественный хозяин козлов». В скотоводческих культурах Центральной Азии количество скота определяло статус семьи, поэтому имя Сергебай звучало как характеристика зажиточного человека.

Сама фамилия Сергебаева закрепилась по отцовской линии: потомков человека по имени Сергебай стали называть Сергебаевыми. Суффикс -ев здесь указывает на принадлежность к роду, отвечая на вопрос «чей?». Форма с окончанием -а характерна для женского варианта фамилии, тогда как мужской вариант звучит как Сергебаев. Такая модель типична для фамилий, возникших в среде казахов, киргизов и других народов, где русские окончания наслаивались на тюркские имена в период оформления официальных документов.