Фамилия Бугенбаев — редкий случай, когда основа читается почти прозрачно, но окончательный смысл упирается в язык-источник. На слух она кажется тюркской, и это верно: строение «Буген-бай» с суффиксом принадлежности -ев (русская адаптация) указывает на сложение из двух компонентов. Первый — «буген» (или «бюген»), который в ряде тюркских наречий, особенно в казахском и ногайском, означает «сегодня» или «нынешний». Второй — «бай», широко распространённый титул «богатый, господин, хозяин». Соединение даёт прозвище «сегодняшний богач» — не в смысле внезапного богатства, а, скорее, как характеристика человека, живущего одним днём, удачливого здесь и сейчас, либо ироничное прозвание того, кто «сегодня богат, а завтра беден».

Модель образования типична для казахских и башкирских фамилий, которые формировались от имён-прозвищ с компонентом «бай». Суффикс -ев (а не -ов) — это русское окончание, приставленное к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или й. Поскольку «Бугенбай» заканчивается на й, в русской записи закономерно возникло -ев, а не -ов. В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «ё» — Бюгенбаев, что ближе к тюркскому произношению, но в советское время закрепился вариант с «у».

География фамилии узкая: по данным открытых источников, основная масса носителей живёт в Казахстане (особенно в Западно-Казахстанской и Актюбинской областях) и в приграничных с ним регионах России — Оренбургской, Астраханской областях. Это указывает на происхождение из среды казахских родов Младшего жуза или ногайцев. Второй возможный, но менее вероятный корень — от арабского имени «Буган» (вариант «Бухан»), что означало «вестник» или «благовестник». В этом случае «Бугенбаев» — «сын Буганбая», но фонетически переход «Буган» в «Буген» нехарактерен для тюркских языков, поэтому версия с «сегодняшним баем» выглядит убедительнее.

Социальный статус предков Бугенбаевых, скорее всего, не был высоким: «бай» в составе фамилии часто давали не столько богачам, сколько зажиточным скотоводам или просто уважаемым главам семейств. Фамилия не дворянская, не княжеская, а народная, возникшая в среде кочевников-скотоводов, где прозвище прилипало к человеку по бытовой черте или случаю.