Фамилия Дуйсенбаев — яркий пример казахской антропонимической модели, которая пришла в русский обиход вместе с носителями. Её основа — мужское личное имя Дуйсенбай, и разобрать это имя — значит понять всю фамилию.

Имя Дуйсенбай составное. Первая часть, «Дуйсен», — это казахская адаптация арабского имени Дусен, которое, в свою очередь, восходит к слову «душанбе» — «понедельник». У многих тюркских народов, включая казахов, было принято давать имя по дню недели, в который родился ребёнок. Вторая часть, «бай», — древний тюркский титул, означавший «господин», «богатый», «хозяин». В именах он выполнял пожелательную функцию: родители желали сыну достатка и уважения. Таким образом, Дуйсенбай — это «господин, рождённый в понедельник» или, более поэтично, «богатый понедельник».

Русский суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких и шипящих) присоединился к основе «Дуйсенбай» по стандартной для XIX–XX веков модели русификации тюркских фамилий. В казахской среде фамилий в современном понимании долго не существовало, использовались отчества (Дуйсенбайулы — «сын Дуйсенбая») или родовые имена. При переходе в российскую административную систему — во время переписей, получения паспортов — окончание -ев закрепилось, превратив имя отца в наследственную фамилию.

Фамилия Дуйсенбаев не имеет отношения к русским дворянским или крестьянским родам, это типичная фамилия казахского происхождения. Её носители — потомки человека по имени Дуйсенбай, который, скорее всего, жил в степной зоне Казахстана. Географически фамилия чаще всего встречается в южных и западных областях Казахстана, а также среди казахской диаспоры. Поскольку имя связано с днём недели, это косвенно указывает на то, что предок родился в понедельник — в традиционной культуре это могло считаться приметой или просто запоминающимся фактом.

Написание фамилии устойчивое, через «е» после «с», хотя в казахском языке имя произносится твёрже. Встречаются варианты Дуйсенбай, Дуйсенбайулы, но в русском паспортном поле закрепился именно Дуйсенбаев. Это пример того, как личное имя, обозначавшее конкретный день рождения, стало родовым знаком для целой семьи.