Фамилия Байменова — женская форма фамилии Байменов, которая образована от личного имени Баймен. Это имя, скорее всего, является вариантом казахского имени Байман. Ономастика предлагает два основных объяснения его происхождения.

Первая версия считает имя Байман исконно казахским и переводит его как «сердце». Вторая, более распространенная в тюркской антропонимике, связывает его с именем Баймухаммед. Здесь имя разлагается на две части: «бай» (от древнетюркского — «богатый, могущественный, господин») и «ман» — стяженная форма имени пророка Мухаммеда (с арабского — «восхваляемый, прославляемый»). В таком случае имя Баймен означает «прославленный господин» или «богатый, как Мухаммед».

Родители, называя сына Байменом, вкладывали в это пожелание знатности, богатства и высокого положения. Со временем от этого имени через стандартную для русской традиции модель с суффиксом -ов (чей? — сын Баймена) возникла фамилия Байменов. В русском языке фамилии на -ов/-ев чаще всего получали люди незнатного происхождения, но сама основа указывает на то, что предок носителя фамилии обладал уважаемым именем, подчеркивающим его статус.