Фамилия Бейсембаевы — типичный пример восточной ономастики, прочно вошедшей в русский именослов. Её основа — составное тюркское имя Бейсембай, которое образовано от двух корней. Первый, «Бейсем», — это диалектный вариант казахского мужского имени Бейсен, означающего «четверг». Так нарекали мальчика, родившегося в этот день недели, что было распространённой традицией у многих тюркских народов. Вторая часть — «бай», древнетюркское слово, которое в разные эпохи означало «военный предводитель», «господин», «богач», а со временем закрепилось как частый компонент личных имён и прозвищ, подчёркивающий статус или уважение к носителю.

Таким образом, имя Бейсембай буквально переводится как «четверговый господин» или «знатный, рождённый в четверг». Фамилия Бейсембаев образована по русской патронимической модели: к основе Бейсембай добавили суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Бейсембая). Такая схема — тюркское имя плюс русский суффикс — характерна для фамилий, которые складывались в XV–XVII веках в среде служилых татар и других выходцев из Золотой Орды, переходивших на русскую службу. Именно в этот период в родословных книгах фиксировались многие нерусские по происхождению дворянские роды, и фамилия Бейсембаев — один из таких памятников, где восточная основа сочетается со славянской словообразовательной моделью.