Фамилия Сергибаев — редкий пример, где в основе лежит не русское имя, а тюркское составное слово. Вопреки первому впечатлению, она не связана напрямую с именем Сергей. Её корни уходят в казахскую или башкирскую ономастику, где «Сергибай» — это двусоставное мужское имя.

Первая часть, «серги», восходит к слову «сергек» (в тюркских языках — «зоркий», «бдительный» или «чуткий»). Вторая часть — «бай» (хозяин, богач, господин). Таким образом, Сергибай — это имя-пожелание: «бдительный хозяин» или «тот, кто обладает зоркостью». Человека с таким именем могли назвать в надежде, что он станет внимательным и удачливым главой семьи.

Фамилию образовали по классической русской модели: к основе «Сергибай» добавили суффикс принадлежности -ев. В среде, где происходила русификация фамилий (чаще всего при переписях или переселении в русскоязычные регионы), тюркское имя превратили в фамилию, отвечающую на вопрос «чей?» — то есть «сын Сергибая». Окончание -ев, а не -ин, указывает на то, что основа заканчивается на согласный звук.

С географической точки зрения фамилия тяготеет к Западному Казахстану, Оренбургской и Астраханской областям, а также к Башкортостану. Там, где веками жили казахи, башкиры и татары, такие антропонимы с компонентом «бай» были массовыми. Сословно носители фамилии чаще всего относились к простым кочевникам или крестьянам, реже — к служилым людям, так как имя «Сергибай» не было княжеским или аристократическим.

Встречаются варианты написания: Сергибаев и Сергибай (в старых документах могли писать без суффикса, просто по имени отца). В русской среде фамилию иногда путают с Сергеевым, но этимологически это разные вещи: Сергеев — от крестильного имени Сергий (Сергей), а Сергибаев — от тюркского прозвища с другой семантикой.