Фамилия Талдыбаев образована по распространённой в тюркских языках модели: к основе добавляется аффикс принадлежности -бай, а затем русский патронимический суффикс -ев. Полная цепочка выглядит так: Талды + бай + ев. Суффикс -бай в составе фамилии — не имя и не титул, а указание на богатство, знатность или просто пожелание достатка («бай» — богач, хозяин). Первая часть, Талды, скорее всего, восходит к тюркскому слову «тал» — ива, тальник. В таком случае Талдыбай — это «богатый ивой» или «владеющий ивняком». Прозвище могли дать человеку, жившему у зарослей тальника, или тому, кто занимался плетением из ивовой лозы.

Другая, менее распространённая версия связывает корень «талды» с глагольной формой прошедшего времени — «устал, утомился». Тогда прозвище Талдыбай могло означать «уставший бай» — ироничное имя для ленивого или утомлённого жизнью человека. Но эта гипотеза слабее: в ономастике топонимические и ландшафтные прозвища встречаются чаще, чем психологические, тем более в паре с компонентом «бай».

Фамилия Талдыбаев типична для южных и восточных регионов бывшей Российской империи — Казахстана, Киргизии, а также для татар и башкир. В русских переписных книгах она почти не встречается, что указывает на позднее оформление: фамилию фиксировали в советское время при паспортизации, когда тюркские родовые имена переводили в стандартную русскую форму на -ев. Поэтому искать в ней древнее дворянское сословие или казачье происхождение не стоит — это фамилия оседлого или полукочевого населения, где основой служило бытовое прозвище, привязанное к местности.

С точки зрения словообразования фамилия интересна тем, что сохранила тюркский порядок слов: определяющее слово (талды) стоит перед определяемым (бай). В русских фамилиях, образованных от тюркских основ, такой прямой порядок встречается реже, чем обратный (сравните Байталов — где «бай» на первом месте). Это делает Талдыбаев ценным примером региональной ономастической модели, где прозвище не перестраивали под русский синтаксис, а механически русифицировали окончанием.