Фамилия Дуненбаев — тюркская по происхождению, и её разбор стоит начать с модели, по которой она образована. Суффикс -ев указывает на русскую адаптацию: в процессе документирования нерусских фамилий в Российской империи к основе добавляли патронимический суффикс, характерный для русского языка. То есть Дуненбаев — это «сын (или потомок) Дуненбая».

Основа фамилии — составное тюркское имя Дуненбай. Первая часть, «дүнен» (или «дөнен»), в ряде тюркских языков означает «верблюжонок» или «молодой верблюд», а также может иметь значение «оборотень» или «перевёртыш» в переносном смысле — человек, который меняется, приспосабливается. Вторая часть, «бай», — распространённый компонент тюркских имён, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Дуненбай могло значить «богатый, как верблюжонок» (то есть крепкий, здоровый, перспективный) или «господин, умеющий меняться».

Географически фамилия Дуненбаев встречается прежде всего у казахов и башкир. В среде казахских родов имя Дуненбай фиксируется как личное, а фамилия на -ев закрепилась в XIX–XX веках, когда началась массовая запись кочевого населения в метрики и ревизские сказки. В Башкортостане фамилия также нередка, но там возможна и более поздняя русификация исходной формы Дүнәнбаев.

Стоит отметить, что в некоторых тюркских диалектах «дүнен» может быть вариантом слова «түнен» — «вчерашний», и тогда имя Дуненбай приобретает оттенок «вчера родившийся богач» или «поздний ребёнок». Эта версия менее распространена, но не исключена: в кочевых обществах имена, связанные с временем рождения, давали нередко.

Таким образом, носитель фамилии Дуненбаев — потомок человека, которого в молодости или по характеру сравнивали с верблюжонком, или же ребёнка, родившегося «не вовремя», но с пожеланием богатства и удачи. Фамилия не указывает на конкретное сословие: её носили и рядовые скотоводы, и зажиточные баи — всё зависело от конкретного рода.