Фамилия Бейсембин — яркий пример тюркского наследия в русском ономастиконе, пришедшая из казахской или башкирской среды. Её основа — мужское имя Бейсембай, которое в свою очередь образовано от арабского «бейсемби» — «пятый день недели», то есть четверг. В тюркской традиции существовал обычай называть мальчика по дню рождения: Бейсембай — «рождённый в четверг». Компонент «бай» означает «богатый, господин, хозяин», так что полное значение имени — «богатый, как четверг» или «господин четверга», что звучало как пожелание достатка и удачи.

Модель образования фамилии проста: к основе Бейсемб- добавили русский патронимический суффикс -ин. В русской традиции фамилии на -ин образуются от основ на -а/-я, и здесь казахское имя Бейсемба (краткая форма от Бейсембай) дало Бейсембин — «сын Бейсембы». Такая адаптация типична для XIX–XX веков, когда казахи и башкиры при переписях и в документах получали русские фамилии по имени отца.

В отличие от многих фамилий, где суффикс -ин указывает на принадлежность к роду, здесь он выполняет чисто формальную роль — русифицирует тюркское имя. Географически фамилия Бейсембин сосредоточена в регионах с большим казахским населением: Западный Казахстан, Актюбинская область, а также в Оренбургской и Астраханской областях России. Встречается и у башкир, где имя Бейсембай также было распространено.

Можно провести параллель с однокоренными фамилиями: Бейсембаев (с казахским суффиксом -ев, указывающим на происхождение от Бейсембая) и Бейсембинов (с более редким суффиксом -ов). Бейсембин — самая компактная форма, без лишних наращений, что говорит о её более ранней фиксации в русской письменности. Споров о происхождении нет: все версии сходятся на том, что фамилия восходит к дню недели, а не к какому-либо прозвищу или профессии.