Фамилия Дюсебаева образована от мужского тюркского имени Дюсебай. Основа здесь — имя, а не прозвище или ремесло, что сразу указывает на патронимический тип фамилии: она отвечает на вопрос «чей?» — то есть потомок человека по имени Дюсебай.

Корень имени составной. Первая часть — «дюсе» (встречается также в форме «дусе») — восходит к персидскому слову со значением «друг, приятель, товарищ, возлюбленный, близкий человек». Вторая часть — «бай» — классический тюркский компонент, означающий «богач, хозяин, господин». В дореволюционной кочевой среде «бай» не всегда указывал на реальное богатство: часто это был пожелательный элемент имени, знак уважения или часть составного имени, призванного обеспечить мальчику благополучную судьбу.

Таким образом, имя Дюсебай можно истолковать как «друг-богач» или «близкий человек, как господин». Вряд ли это была характеристика реального человека — скорее, имя-пожелание, чтобы мальчик вырос щедрым, верным в дружбе и уважаемым.

Фамилия оформлена русским патронимическим суффиксом -ев, который в тюркских фамилиях присоединяется к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или -й (Дюсебай → Дюсебаев). Женская форма Дюсебаева — естественное грамматическое изменение по роду, без дополнительной смысловой нагрузки.

Процесс формирования фамилий у тюркских народов был длительным и неоднородным. Часть фамилий закрепилась ещё в XIX веке при переписях и учёте военнообязанных, часть — только в советское время, при паспортизации 1930-х годов. Поэтому окончательно говорить о точном месте и времени возникновения рода Дюсебаевых можно лишь на основании генеалогических исследований в конкретных архивах. Однако по модели образования ясно: фамилия казахская или башкирская, с высокой вероятностью — из южных или западных регионов Казахстана, где распространены имена с персидскими заимствованиями.

Редкость фамилии объясняется не столько уникальностью имени, сколько его локальным бытованием: Дюсебай — не самое частое имя даже в тюркской среде, а фамилия на его основе могла закрепиться только в одном-двух родах.