Фамилия Цилимбаев — редкая и с неочевидной этимологией. Чтобы понять её происхождение, стоит разобрать её по составу. Основа — «Цилимб» (или «Цилимба»), суффикс «‑ев» указывает на патронимическое происхождение: «чей?» — Цилимбаев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Цилимба.

Ключ к разгадке — корень «Цилим-». В русской ономастике он почти не встречается, что заставляет искать иноязычные следы. Наиболее вероятна тюркская версия. В тюркских языках (особенно в казахском, башкирском, татарском) есть слово «силим» или «шілім» — вязкий, липкий, а также «цилим» как вариант произношения. Прозвище Цилимба могли дать человеку с мягким, «липнущим» к другим характером или, наоборот, за медлительность, тягучесть в движениях. Аффикс «‑ба» в тюркских именах часто выступает как уменьшительно-ласкательный или усилительный компонент (сравните с именами Акбай, Карабай). Таким образом, Цилимба — это «маленький липкий» или «вязкий», что для прозвища вполне естественно.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с диалектным русским словом «цилим» (или «целим»), которое в некоторых говорах означало «целиком», «сплошь». Прозвище Цилимба мог получить человек, который делал что-то целиком, без остатка, или же отличался полнотой. Однако эта гипотеза слабее, так как суффикс «‑ба» нехарактерен для исконно русских прозвищных моделей.

Фамилия Цилимбаев — яркий пример того, как редкая фамилия может хранить память о тюркском влиянии на южнорусские и поволжские земли. Носители этой фамилии, скорее всего, происходят из среды, где смешивались русские и тюркские языки — из бывших татарских, башкирских или казахских окраин, где местное население принимало православие и получало фамилии по отцу. Географически фамилия встречается в Челябинской, Оренбургской областях и в Башкортостане. Сословно это могли быть как крестьяне, так и казаки — в уральском казачестве много фамилий с тюркской основой.

Написание фамилии устойчивое: через «и» в первом слоге и «е» в суффиксе. Вариант «Целембаев» — результат народной этимологии, когда непонятный корень подгоняли под слово «целый». Но исходная форма, закреплённая в документах, — именно Цилимбаев.