Фамилия Бирсенкекова — редкий случай, когда основа почти наверняка не славянская, а тюркская, и разбирать её стоит не с корня, а с суффикса. Окончание -ова указывает на принадлежность к женскому роду или на происхождение от мужской формы Бирсенкеков. Мужской вариант образован по стандартной русской модели отчества от прозвища или имени Бирсенкек. Суффикс -ек здесь уменьшительно-ласкательный, а сама основа состоит из двух частей: «бир» и «сен» или «бирсен».

«Бир» в тюркских языках (казахском, киргизском, татарском, башкирском) означает «один» или «дай» (глагольная форма). «Сен» — местоимение «ты». Сложнее всего вторая половина: «кек». В тюркских языках «кек» может означать «месть», «злопамятство», «обида», но также встречается как часть личных имён (например, Кекбай). Если предположить, что исходное имя или прозвище звучало как Бирсенкек, то его можно перевести как «Дай тебе (одну) обиду» или «Один — ты — месть». Звучит архаично и, скорее всего, было прозвищем, данным человеку с обидчивым или мстительным характером.

Вероятный ареал бытования — Казахстан, Киргизия, южные регионы России (Оренбургская, Астраханская области) или северный Кавказ, где распространены тюркские фамилии на -ов. Сословной принадлежности по такой фамилии не определить: её могли получить и крестьяне, и кочевники, и мелкие служилые люди, если предок перешёл в русское подданство и получил фамилию по отцу.

Есть и менее правдоподобная версия: что «Бирсен» — это искажённое мусульманское имя Биржан (от персидского «бири» — «один», «единственный») с добавлением «кек» как усилительной частицы. Но это уже гадание без твёрдой опоры на источники. В любом случае, фамилия Бирсенкекова — штучный экземпляр, который не встречается в массовых списках, и её носители могут быть связаны с одной конкретной родословной линией, возможно, из одной деревни или аула.