Фамилия Денгизбаева происходит от мужского имени Денгизбай, которое сложено из двух тюркских корней: «денгиз» (море) и «бай» (богатый, господин, хозяин). Получается «морской богач» или «владыка моря» — такое имя давали с пожеланием, чтобы ребёнок был столь же могучим и неисчерпаемым, как море. В тюркской ономастике имена с компонентом «бай» были широко распространены и могли указывать как на реальное богатство, так и на почётное положение в роду. Женская форма фамилии — Денгизбаева — образована по стандартной русской модели: к основе мужской фамилии Денгизбаев добавили окончание -а, что типично для фамилий, зафиксированных в паспортной системе.

Сама фамилия Денгизбаев — патронимическая, то есть указывает на отца: «сын (или потомок) Денгизбая». Суффикс -ев (а не -ов) здесь объясняется тем, что основа имени заканчивается на мягкий согласный «й», поэтому по правилам русской грамматики добавляется именно -ев. Это один из немногих случаев, когда фамилия сохранила исходную тюркскую основу без обрусевшего переоформления, что говорит о сравнительно позднем вхождении в русскую документацию — скорее всего, в XIX–XX веках.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где традиционно живут тюркоязычные народы: казахи, башкиры, татары, ногайцы. Корень «денгиз» особенно характерен для казахского и киргизского языков. Встречается она и у народов, живущих у крупных водоёмов — Каспия или Арала, что делает связь с «морем» не только метафорической, но и топографической: предки носителя могли быть рыбаками или жить на побережье.

Однокоренные фамилии — Денгизов, Денгизбаев, Денгизхан — встречаются реже, чем, например, Баймуратов или Байгалиев, что подчёркивает относительную локальность и редкую словообразовательную модель. В русских документах фамилию могли записывать с искажениями: Денгизбаева, Денгисбаева, Денгизбаев — из-за неоднозначной передачи тюркского звука «ң» (носовой «н»). Спорных версий происхождения у фамилии нет: тюркская основа очевидна, а альтернативные объяснения (например, от русского «деньги») лингвистически несостоятельны, так как не объясняют ни суффикса -бай, ни мягкого окончания.