Фамилия Дисенбаева — редкий пример фамилии, образованной по русской модели от тюркского имени. Её основа — мужское имя Дисенбай, которое состоит из двух частей: «дисен» (искажённое «дисан» или «тисен» — в переводе с казахского «ровный», «гладкий», а в переносном смысле «спокойный», «уравновешенный») и «бай» (тюркское «богач», «хозяин», «господин»). Таким образом, имя Дисенбай означало «спокойный богач» или «обладающий ровным нравом хозяин». Это типично для казахской и башкирской антропонимии, где «бай» часто добавляли к качественной характеристике, желая мальчику достатка и покладистого характера.

Суффикс «-ева» указывает на то, что фамилия принадлежит женщине — Дисенбаева. Мужской вариант — Дисенбаев. Формант «-ев» (вместо более частого «-ов») появился из-за мягкого конечного согласного основы: «бай» даёт «баев». Такая модель заимствования и русификации тюркских имён была распространена в XIX — начале XX века, когда казахи и башкиры получали фамилии по отцу (отчеству) при переписях или вступлении в казачество.

Географически фамилия Дисенбаева привязана к западному Казахстану, особенно к Атырауской и Западно-Казахстанской областям, а также к Оренбуржью и Астраханской области России, где исторически жили казахи-переселенцы. Встречается и у башкир, но реже. Интересно, что в некоторых документах XIX века имя Дисенбай записывали как «Дюсенбай» — через «ю» из-за особенностей передачи казахского звука «ү» (близкого к русскому «ю»). Это породило родственный вариант фамилии — Дюсенбаева, который более распространён, чем исходный Дисенбаева.

По социальному происхождению носители фамилии — потомки скотоводов и крестьян. Вероятнее всего, предок Дисенбай был зажиточным кочевником или старшиной аула, поскольку имя с компонентом «бай» давали не беднякам. В советское время фамилия не менялась, так как не была созвучна «контрреволюционным» элементам, и сохранилась в неизменном виде.