Фамилия Дуйсембаев — яркий пример тюркской ономастики, пришедшей в русский обиход через Казахстан и сопредельные регионы. Её основа — мужское личное имя Дуйсембай, которое в казахском и других тюркских языках означает «родившийся в понедельник». Разберём состав: первая часть «дуйсен» (дүйсенбі) — «понедельник», вторая «бай» — «богатый, господин, хозяин». Получается «богатство понедельника» или «господин, рождённый в понедельник». Такие имена-обереги (по дню недели) были распространены у казахов: считалось, что имя, связанное с конкретным днём, защитит ребёнка от злых сил и принесёт удачу.

Русский суффикс -ев превращает тюркское имя в фамилию по стандартной для Российской империи модели: Дуйсембай → Дуйсембаев — «сын (или потомок) Дуйсембая». Аналогично образованы фамилии Жумабаев (от «пятница»), Сейсембаев (от «вторник»). Окончание -ев, а не -ов, указывает на мягкий согласный в основе (бай — баев), что типично для фамилий на -ай, -ей.

Географически фамилия Дуйсембаев почти целиком привязана к Казахстану и прилегающим областям России (Астраханская, Оренбургская, Омская области), где исторически жили казахи. Встречается она и у киргизов, но реже. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках фамилия фиксировалась с середины XIX века, когда казахи начали массово получать русские фамилии — чаще всего через волостных писарей, которые записывали имя отца с суффиксом.

Интересная деталь: в казахском языке имя Дуйсембай могло быть не только личным, но и прозвищным — так называли мальчика, родившегося в понедельник, если в семье уже был наследник с другим днём. Иногда имя давали и девочкам (Дуйсембике), но фамилия закрепилась только в мужской форме. Споров о происхождении корня нет — тюркская этимология бесспорна, а версии о возможном арабском влиянии (дуа — «молитва») лингвисты отвергают как натяжку.

Сословно носители фамилии Дуйсембаев относились к «киргиз-кайсакам» (так в империи называли казахов) — кочевникам-скотоводам. Среди них были как рядовые общинники, так и старшины, бии (судьи). Дворянства фамилия не давала, но в советское время многие Дуйсембаевы стали учителями, врачами, инженерами. Сегодня это одна из распространённых, но не частотных фамилий в Казахстане: её носят около 3–4 тысяч человек, в основном в южных и западных областях.