Фамилия Думбаева — женская форма, мужская — Думбаев. Она образована по самой распространённой в русском языке модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный или -й. В основе лежит прозвище или имя Думбай. Это тюркское имя, которое состоит из двух частей: «дум» (в тюркских языках — «мысль», «дума», «размышление») и «бай» («богач», «господин», «хозяин»). Таким образом, Думбай буквально означает «богатый мыслью», «мудрый господин» или «владеющий мыслью». Имя было распространено среди тюркских народов, особенно у башкир, татар, казахов.

В русской среде фамилия закрепилась при крещении или учёте тюркского населения, когда к основе Думбай добавили русский патронимический суффикс -ев. Люди с фамилией Думбаевы, скорее всего, происходят из регионов, где исторически жили татары и башкиры: Поволжье, Урал, Оренбуржье. Встречается фамилия и на Кавказе, у осетин, что объясняется давними контактами с тюркскими народами.

Стоит отметить редкую особенность: в русском языке фамилия сохранила тюркскую основу без переосмысления, что указывает на сравнительно позднее оформление — в XVIII–XIX веках, когда фиксация фамилий у нерусского населения шла уже по единой имперской схеме. Другие однокоренные фамилии — Думбаев, Думбай, Думбайский — встречаются реже, и Думбаева среди них одна из самых узнаваемых благодаря женскому окончанию.