Фамилия Алембеков строится по редкой для тюркского ономастикона модели: в её основе лежит составное имя, где первая часть восходит не к арабскому «Али» (высокий, возвышенный), а к слову «‘ālam» — «мир, вселенная». В сочетании с титулом «бек» («господин», «князь») имя Алембек буквально означает «господин мира» или «вселенский владыка». Такие имена с возвышенной семантикой давали мальчикам, желая им удачи и величия, но сам титул «бек» в составе имени не гарантировал реального высокого статуса — он часто был просто данью традиции.

Русская фамилия образована по стандартной патронимической схеме: к основе Алембек добавили суффикс «-ов», что дало значение «сын Алембека» или «из рода Алембека». Это самый распространённый способ адаптации нерусских имён в Российской империи, особенно среди татар и башкир Поволжья, Урала и Сибири. Встречаются варианты написания — Алимбеков, Алямбеков, но они отражают местные диалектные произношения или ошибки в документах.

Сословно носители фамилии могли быть как из служилых татар (князей или мурз), так и из крестьян или купцов — точных данных нет. Однокоренных фамилий много: Алибеков, Бекмуратов, Бекмамбетов — все они построены вокруг той же модели «имя + бек». Но Алембеков выделяется редкой первой частью: имя Алем в тюркском ономастиконе встречается реже, чем Али или Ахмет, что делает фамилию более узнаваемой и не даёт спутать её с более массовыми вариантами.