Фамилия Айсенов — редкий случай, когда корень слова почти наверняка указывает на нерусское происхождение, а суффикс — на русскую адаптацию. В основе лежит тюркское или монгольское личное имя Айсен. Оно составное: «ай» — луна, месяц, и «сен» — ты. Дословно «Айсен» можно перевести как «ты — луна» или «лунный», что в тюркской традиции было поэтичным пожеланием красоты, света или удачи. Суффикс «-ов» — стандартный русский патронимический показатель, который добавляли к инородным именам, чтобы вписать их в русскую фамильную систему, особенно в XIX–XX веках. Таким образом, Айсенов — буквально «сын Айсена» или «потомок Айсена».

Есть и другая, менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть от географического названия. В Якутии существует село Айсен. В таком случае Айсенов — «выходец из Айсена». Однако для фамилий на «-ов» такая топонимическая модель встречается реже, чем отчество от личного имени, и обычно требует более массового бытования в конкретной местности. В пользу первой версии говорит и то, что имя Айсен фиксируется у ряда тюркских народов, тогда как топоним Айсен известен лишь локально.

Социальный контекст фамилии неоднозначен. Тюркские и монгольские имена в русской среде чаще всего фиксировали за служилыми людьми (казаками, толмачами) или крещёными инородцами. Если предки Айсеновых были из числа крещёных татар, башкир или народов Сибири, то фамилия могла появиться уже в XVII–XVIII веках. Если же русификация произошла позже, в советское время — тогда это результат паспортизации, когда людям с нерусскими именами просто дописывали стандартное окончание.

В современной России фамилия Айсенов — большая редкость. Она почти не встречается в центральных областях, но может быть распространена в Татарстане, Башкортостане, Якутии или среди казахов. Встречается и вариант Айсенов с ударением на первый слог (А́йсенов), что характерно для тюркских языков, и на последний (Айсено́в) — под влиянием русской акцентологии. Второй вариант чаще встречается в русскоязычной среде, где утрачена тюркская интонация.