Фамилия Дюсегалиев образована от составного татарского мужского имени Дюсегали (встречается также вариант Дусали). В её основе лежат два корня. Первый — «дюсе» или «дус» — переводится с тюркских языков как «друг», «приятель», «возлюбленный», «близкий человек». Второй компонент — «гали» (фонетический вариант имени Али) — восходит к арабскому корню со значением «высокий», «возвышенный», «человек высокого звания или достоинства». Таким образом, имя Дюсегали буквально означает «друг Али».

Словообразовательная модель фамилии типична для тюркских фамилий, русифицированных с помощью патронимического суффикса -ев (в татарской среде суффикс -ев часто заменяет исходный тюркский аффикс принадлежности). Это указывает на то, что предок носителя фамилии носил имя Дюсегали, а фамилия закрепилась за его потомками как указание на родство.

Географически фамилия Дюсегалиев распространена преимущественно среди татар и башкир, а также встречается у казахов. В русском написании закрепился вариант через «е» в первом слоге, хотя в устной речи и в диалектах возможны колебания (Дусалиев, Дюсалиев). Сословная принадлежность носителей фамилии в прошлом не определяется однозначно: составные имена с компонентом «друг» (Дос, Дус) были распространены как в среде простых крестьян, так и среди служилых татар, поэтому предки могли быть и крестьянами, и воинами, и купцами.

Спорных версий происхождения у фамилии практически нет: тюркская основа и арабский компонент «Гали» прослеживаются чётко. Единственное, что может вызывать вопросы, — это написание первого слога (Дюсе- или Дуса-). В татарском языке гласная в этом корне произносится как узкое «ү» (близкое к русскому «ю»), что и отразилось в русском варианте Дюсегалиев.