Фамилия Дюсембае — одна из тех, что сразу указывает на восточные, а точнее тюркские корни. Её основа — личное имя Дюсембай, которое до сих пор бытует у казахов, башкир и татар. Разбираем это имя по частям: первая половина «дюсем» — это местный фонетический вариант арабского «душанбе» (понедельник). Вторая часть «бай» — древнее тюркское слово, означающее «богач», «хозяин», «господин». Раньше его часто добавляли к именам как пожелание богатства и знатности.

Соединив части, получим «Дюсембай» — «богатый, как понедельник» или «рождённый в понедельник». Такие «дни недели» в именах — распространённая практика у тюркских народов. Считалось, что имя, данное по дню рождения, приносит удачу и защищает ребёнка. Мальчика, появившегося на свет в понедельник, могли назвать Дюсембаем, во вторник — Сейсембаем, в пятницу — Жумабаем.

Суффикс «-ев» (или «-е») в фамилии Дюсембаев — типичный русский патронимический суффикс, который добавили при оформлении фамилии в документах. Без него, в исконной форме, фамилия звучала бы как Дюсембай или Дюсембайулы (сын Дюсембая). В русском языке её адаптировали, и она стала склоняться как обычное прилагательное.

С географией всё довольно прозрачно. Фамилия Дюсембае и её варианты (Дюсембаев, Дюсембай) чаще всего встречаются в Казахстане, особенно в южных и западных областях, а также в прилегающих регионах России — Оренбуржье, Астраханской области, где исторически сильны казахские диаспоры. Носители этой фамилии — почти наверняка потомки казахов, реже — башкир или татар, которые в XIX–XX веках получили фамилию по имени своего предка.

Редкость фамилии в том, что она сохранила в основе архаичный вариант названия дня недели. В современном казахском «понедельник» — «дүйсенбі», а в имени Дюсембай закрепилась более старая форма «дюсем». Это лишний раз доказывает, что фамилия — не случайный набор звуков, а окаменевший след живой речи прошлых веков.