Фамилия Чымбаев — редкая и географически привязанная. Её основа, скорее всего, тюркская, а суффикс -ев указывает на русскую модель оформления, что типично для фамилий народов Поволжья, Урала и Сибири. С высокой вероятностью, это фамилия башкирского или татарского происхождения.

Корень «Чымбай» (или «Чимбай») мог быть личным именем или прозвищем. В тюркских языках есть слово «чым» (чим) — дёрн, дернина, или «чымын» — муха, но вряд ли прозвище строили напрямую от насекомого. Более правдоподобна версия, что «Чымбай» — это сложное имя из двух частей: «чын/чым» (истина, правда) и «бай» (богатый, хозяин). То есть «Чынбай» — «истинный богач» или «правдивый хозяин». Со временем «н» могло перейти в «м» под влиянием местного говора или при записи в русских документах. Такой переход (ассимиляция) — частое явление при адаптации тюркских имён.

Фамилия Чымбаев могла принадлежать предку, который был зажиточным крестьянином, скотоводом или мелким землевладельцем в Башкортостане или Оренбуржье. Встречается она и у казахов, но с другим ударением и чаще в форме «Чимбаев». Искать корни стоит в южноуральских регионах, где фиксировались башкирские роды с именем Чымбай. Сословно — почти наверняка это были государственные крестьяне или тептяри (сословие нерусских народов), а не дворяне. Фамилия не попала в родословные книги Российской империи, что подтверждает её «низовое» происхождение.