Фамилия Бисембеков происходит от личного имени Бисембек (встречается и фонетический вариант Бисенбек). Это имя — тюркская переработка более древнего мужского имени Бирсенбек, смысл которого складывается из двух частей: пожелания «пусть Бог даст мальчика» и титула «бек». Слово «бек» в тюркской среде означало не просто «господин», а «богатый, могущественный человек, хозяин». Называя сына Бисембеком, родители вкладывали в имя конкретную просьбу к Аллаху: чтобы мальчик вырос состоятельным и независимым, стал настоящим беком.

Сама фамилия образована по стандартной для восточных регионов России модели: к основе имени добавили русский патронимический суффикс -ов, который отвечает на вопрос «чей?». Так, потомок человека по имени Бисембек стал Бисембековым. Фамилия не указывает на конкретное ремесло или сословие предка — она целиком восходит к имени-пожеланию, что роднит её с огромным пластом тюркских фамилий, где за основу взято имя с социальной характеристикой («бек»). Встречается фамилия преимущественно у казахов и других тюркских народов, где имя Бисембек было распространено, а русское окончание закрепилось в результате делопроизводства XIX–XX веков.