Фамилия Жылыбаев образована по типичной для тюркских народов модели: к основе, восходящей к прозвищу или имени, добавляется аффикс -бай, а затем русский патронимический суффикс -ев. В данном случае конечный компонент -бай, означающий «богатый», «господин», «хозяин», часто входил в состав личных имён у казахов, киргизов, башкир и татар, указывая на достаток, знатность или просто как благопожелание. Первая часть — Жылы — почти наверняка восходит к тюркскому слову «жылы» (в казахском, киргизском) — «тёплый». В переносном смысле «жылы» означало приветливого, сердечного человека, либо могло относиться к чему-то тёплому, согревающему — например, к тёплому жилью или одежде.

Таким образом, исходное имя или прозвище Жылыбай — «тёплый (душевный) богач» или, в более прозаическом ключе, «тот, у кого тепло и сытно». Это не редкий случай, когда положительное качество человека становилось основой для имени-пожелания: родители могли назвать сына Жылыбаем, надеясь, что он вырастет добрым и щедрым. Суффикс -ев, присоединённый к основе, — это стандартное русское окончание фамилии, которое пришло при оформлении документов в Российской империи, когда тюркские имена «обрусевали» по патронимическому образцу.

Фамилия Жылыбаев распространена прежде всего в Казахстане, особенно в южных и западных областях, а также среди казахской диаспоры. Поскольку в фамилии нет указания на сословие или ремесло (как, скажем, в русских фамилиях на -ский), её носителями могли быть и простые кочевники-скотоводы, и зажиточные аульные старшины — основа «бай» здесь не гарантирует богатства, а скорее отражает культурную традицию именования. Встречается и вариант написания с буквой «ы» после «ж» — это точная передача казахской фонетики, где звук «ж» твёрдый, а «ы» — гласный заднего ряда; в русской записи иногда заменяли на «Жилыбаев», но исходная форма точнее.