Фамилия Бисембин в основе своей имеет мужское имя Бисемби (встречается и фонетический вариант Бисенби). Самое прямое объяснение этому имени даёт казахское слово «бейсенбі» — четверг. Скорее всего, так называли мальчика, родившегося в этот день недели. Подобная традиция именования по дню рождения широко распространена у многих тюркских народов, и для Казахстана это обычная практика.

Менее вероятная, но тоже возможная версия связывает имя Бисемби с тюркским мужским именем Бирсенбай. В этом случае значение имени переводится как «пусть Бог даст мальчика, который станет баем». Слово «бай» в тюркских языках означает «хозяин, богатый, состоятельный, могущественный человек, господин». Если родители вкладывали в имя такой смысл, они желали сыну с помощью Аллаха стать богатым и независимым. Однако версия с «четвергом» выглядит более прямой и естественной.

Фамилия образована по русской модели с помощью патронимического суффикса -ин, который присоединяется к основам на -а/-я. Таким образом, Бисембин — это буквально «сын Бисемби». Суффикс -ин в этой фамилии указывает на её происхождение из среды, где имена склонялись по образцу существительных женского рода (Бисемби → Бисембин), что характерно для многих тюркских заимствований в русской фамильной системе.

Встречаются единичные случаи написания фамилии через букву «е» — Бисембин, что фиксирует на письме редуцированное произношение гласного в первом слоге. В целом фамилия редкая и имеет чёткую географическую привязку к регионам со смешанным казахско-русским населением, прежде всего к Западному Казахстану и прилегающим областям России.