Фамилия Дуйсемалиев образована от личного имени Дуйсемали, которое, в свою очередь, составное. В её основе лежит прозвище или имя, которое давали ребёнку, родившемуся во второй день недели — понедельник. Первая часть, «Дуйсем», — это фонетический вариант арабского имени Дуйсен, означающего «второй день». Вторая часть, «али», восходит к арабскому «али» (или «гали») — «великий, мощный, высокий». Таким образом, имя Дуйсемали можно перевести как «могущественный, рождённый в понедельник».

Модель образования фамилии — типично тюркская, но с русским суффиксом принадлежности -ев, который присоединили к основе имени при оформлении документа. Получается, что Дуйсемалиев буквально означает «потомок Дуйсемали». В отличие, например, от турецких или гагаузских фамилий с суффиксом -оглу/-оглы (тоже «сын, потомок»), здесь использован славянский патронимический формант. Это сразу указывает на регион бытования фамилии — скорее всего, Казахстан, Кыргызстан или другие области, где в XX веке при советской паспортизации тюркские имена русифицировали через суффиксы -ов/-ев.

Само имя Дуйсемали — довольно редкое. Оно сочетает в себе бытовую примету (день рождения) и религиозно-почётный эпитет (али). В арабской традиции «Али» — одно из имён Аллаха и имя четвёртого праведного халифа, поэтому вторая часть имени несёт оттенок уважения и сакральности. А вот первая часть — сугубо бытовая, привязанная к календарю. Такое соединение высокого и приземлённого в одном имени встречается нечасто, что делает фамилию заметной на фоне более стандартных тюркских антропонимов.