Фамилия Демеубаева — тюркская по происхождению, с казахскими корнями. Она образована по типичной для этого региона модели: к личному имени или прозвищу добавляли компонент бай, означающий «богатый», «хозяин», «господин». В данном случае основа — имя Демеу, которое имеет несколько возможных значений. Самое распространенное — «опора», «поддержка» (от казахского демеу). Второй вариант — от арабского имени Демеу, которое может быть формой имени Димаш (связанного с именем пророка Дамаска), но это менее вероятно для казахской среды. Таким образом, Демеубай — это «богатый опорой» или «господин, на которого можно положиться». Женская форма Демеубаева указывает на принадлежность к роду или семье человека по имени Демеубай.

Суффикс -ев (в мужском варианте -ов) — русский, добавленный при адаптации фамилии в документах Российской империи и СССР. В исконной казахской записи фамилия выглядела бы как Демеубай или Демеубайұлы (для мужчин) и Демеубайқызы (для женщин), но в русскоязычных метриках и паспортах её привели к стандартной для славянской ономастики форме с окончанием.

Географически фамилия Демеубаева преимущественно встречается в Казахстане, особенно в южных и центральных регионах (Кызылординская, Туркестанская области), а также среди казахской диаспоры в России. Носители этой фамилии — потомки людей, чьи предки, скорее всего, были скотоводами или ремесленниками, получившими прозвище за свою надежность и состоятельность. В отличие от многих русских фамилий, которые закреплялись за крестьянами после отмены крепостного права, казахские фамилии такого типа фиксировались в основном в XIX–XX веках, когда началась массовая паспортизация.

В написании фамилии возможны варианты: Демеубаев (мужская) и Демеубаева (женская), причем буква е в первом слоге иногда заменяется на э (Дэмеубаев), но это редкая орфографическая особенность, не меняющая смысла.