Фамилия Дуйсемалиевы образована от личного имени Дуйсемали. В этом имени две части, и обе указывают на восточные, в первую очередь арабские, корни. Первая часть — «дуйсем» — скорее всего, фонетический вариант арабского имени Дуйсен, которое означает «второй день недели». Имя Дуйсен давали ребенку, родившемуся именно в этот день. Вторая часть — «али» (или «гали») — переводится как «великий, могучий». Соединяясь, эти части дают значение «могущественный человек, рожденный во второй день недели». Фамилия, таким образом, напрямую указывает на предка, которого звали Дуйсемали, и означает «потомок Дуйсемали».

Суффикс -ев — типичный русский патронимический суффикс, который присоединялся к основам на мягкий согласный. В данном случае он добавился к тюркскому имени, адаптируя его в русскую фамилийную модель. Важно, что фамилия не содержит тюркского суффикса -оглы («сын, потомок»), который встречается в турецких, гагаузских и других тюркских фамилиях. Это говорит о том, что фамилия оформлялась уже в русскоязычной среде, по стандартам русской ономастики.

Встречаются однокоренные варианты: Дуйсемалиев, Дуйсембаев, Дуйсенбаев. Все они восходят к тому же имени Дуйсен или его производным, но с разными суффиксами и окончаниями. Фамилия Дуйсемалиев — не самая распространённая, но устойчивая в Казахстане и среди казахов в России. Встречается также в Кыргызстане.

Точное время возникновения фамилии установить сложно. Русские фамилии у тюркских народов начали массово фиксироваться после присоединения Средней Азии к Российской империи в XIX веке, при переписях и учёте населения. Однако процесс мог быть и более поздним. Окончательные выводы о месте и времени требуют серьёзных генеалогических изысканий.