Фамилия Жылтыкаев — редкий случай в русском ономастиконе. Её основа явно тюркская, а суффикс -ев указывает на то, что фамилию адаптировали по русской модели: к тюркскому имени или прозвищу добавили русский патронимический суффикс со значением «сын» или «потомок». В отличие от более частых фамилий на -ов, здесь суффикс -ев стоит после мягкого согласного, что типично для основ, оканчивающихся на -й или мягкий знак.

Корень «жылтык» восходит к тюркским языкам (например, казахскому, киргизскому или башкирскому). Слово «жылтық» (jyltyq) означает «блестящий», «глянцевый», «лоснящийся». В переносном смысле так могли назвать человека за внешний блеск — например, за опрятную одежду, холёный вид, или, наоборот, иронично — за склонность к щегольству. В некоторых диалектах «жылтык» имеет оттенок «льстивый», «угодливый», то есть «скользкий, как блестящая поверхность». Таким образом, прозвище Жылтык могло быть как хвалебным, так и насмешливым.

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением: её носители встречаются в Казахстане, в республиках Средней Азии, а также среди татар и башкир в России. В русских документах фамилия могла записываться по-разному: через «ы» или «и» (Жилтыкаев), с двойным «т» или через «к» на конце основы. Вариант Жылтыкаев — наиболее точная транслитерация тюркского произношения, где звук «ы» передаёт твёрдый гласный заднего ряда.

Социальный состав носителей, скорее всего, был смешанным. В XIX веке тюркские фамилии на -ев получали как крестьяне, так и представители служилого сословия — например, переводчики или чиновники из «инородцев». Дворянского корня у этой фамилии нет: она не фигурирует в родословных книгах Российской империи. Основная масса Жылтыкаевых — потомки людей, получивших фамилию по прозвищу отца при переписях или приписке к волости.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Жылтыков, Жылтыкбаев, Жылтыкпаев — показывает, что основа «жылтык» была продуктивной в тюркской антропонимии. Если Жылтыков — просто «сын блестящего», то Жылтыкбаев уже включает компонент «бай» (богатый, хозяин), что усиливает положительный оттенок. Жылтыкаев же стоит особняком: суффикс -ай в тюркских языках часто образует ласкательные или уменьшительные формы имени. То есть Жылтыкай — это «блестящий» в ласковом, почти детском варианте. Отсюда и фамилия: «сын Жылтыкая». Это делает её не просто описательной, а личной, почти семейной.

Точных дат возникновения фамилии назвать нельзя, но первые фиксации подобных прозвищ в русских документах относятся к XVII–XVIII векам, когда шёл активный учёт тюркского населения Поволжья и Сибири. Сама фамилия Жылтыкаев — результат долгой адаптации: тюркское имя, прошедшее через русскую канцелярию и закрепившееся в паспорте.