Фамилия Байсенов — наглядный пример того, как тюркская основа и русская модель словообразования слились в одну фамилию, распространённую в Казахстане и среди других тюркоязычных народов бывшего СССР. В её основе лежит личное имя Байсен, которое, в свою очередь, состоит из двух тюркских корней: «бай» (богатый, могущественный, хозяин) и «сен» (ты, или же вариант «сен» — чувство, сознание, иногда в именах выступает как часть сложного слова). Таким образом, имя Байсен можно трактовать как «богатый духом», «осознающий своё могущество» или «господин, который ты есть». Вторая часть имени может восходить и к арабскому «сан» — почёт, уважение, что даёт значение «почтенный богач».

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Байсен добавлен суффикс -ов, который в русском языке указывает на принадлежность («чей?»). Байсенов буквально означает «потомок Байсена» или «из рода Байсена». Такой способ оформления фамилий — характерная черта для народов, вошедших в состав Российской империи, когда местные имена и прозвища русифицировались через добавление патронимических суффиксов. В отличие от чисто русских фамилий, где -ов часто присоединялся к именам на -а/-я (Иван — Иванов), здесь суффикс приставлен к основе, оканчивающейся на согласный.

Отсутствие в фамилии специфических казахских патронимических формантов (например, -улы/-кызы) сразу указывает на период её фиксации — скорее всего, конец XIX — начало XX века, когда в ходе административных реформ и переписей населения фамилии в привычном для европейцев виде стали массово присваиваться кочевникам. До этого использовались родовые имена, отчества по отцу (Байсенулы) и прозвища.

Географически фамилия Байсенов наиболее плотно представлена в Казахстане, особенно в Западно-Казахстанской, Атырауской и Мангистауской областях. Встречается она и среди башкир, татар, ногайцев, что говорит о широком бытовании имени Байсен в разных тюркских средах. Предки носителей этой фамилии, скорее всего, были скотоводами, воинами или мелкими родоправителями — людьми, чей достаток или авторитет дали повод назвать ребёнка «Байсеном». В советское время фамилия не претерпела изменений и осталась в той форме, в которой была записана при первой паспортизации.