Фамилия Тайлыбаева образована по тюркской модели: к основе добавляется притяжательный аффикс, указывающий на принадлежность к роду. В данном случае — суффикс -ев, который в русской традиции приращивают к тюркским именам и прозвищам, превращая их в фамилии. Женская форма Тайлыбаева говорит о том, что мужской вариант — Тайлыбаев.

Основа фамилии — составное тюркское имя или прозвище. Первая часть «тайлы» восходит к тюркскому слову со значением «жеребёнок» (тай, тайлак) или к прилагательному «тайлы» — «имеющий жеребёнка», «со жребёнком». В тюркских языках такие имена давали детям, чтобы подчеркнуть связь с коневодством или пожелать богатства: конь был мерой достатка. Вторая часть «бай» — классический тюркский компонент, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Вместе «Тайлыбай» можно перевести как «богатый жеребёнком» или «хозяин жеребят». Это не столько прямое указание на занятие, сколько имя-пожелание: чтобы мальчик вырос состоятельным, владел табунами.

С точки зрения словообразования фамилия редкая. В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев от имён типа Ахметов или Батыров, здесь мы видим двойную основу с прилагательным на -лы. Такая конструкция характерна для казахского, башкирского и татарского языков, где -лы образует имена прилагательные со значением обладания. Поэтому географически фамилию Тайлыбаева стоит искать прежде всего среди казахов, башкир или татар. В русских архивных документах конца XIX — начала XX века подобные фамилии фиксировались в Оренбургской, Уфимской губерниях и в степных областях Казахстана.

Сословно предки Тайлыбаевых, скорее всего, относились к скотоводам или мелким степным старшинам. Компонент «бай» в имени не обязательно указывает на крупного феодала — в народной среде его часто давали просто зажиточным крестьянам. Спорных версий у фамилии немного: некоторые ономасты допускают, что «тайлы» может быть искажением слова «тайлык» — «жеребёнок-стригунок» (годовалый), но это не меняет общего смысла основы. Однозначно ясно: фамилия из тюркского именника, и её носители имеют корни в кочевой или полукочевой среде, где конь был главным богатством.