Фамилия Дюсембиева — женская форма мужской фамилии Дюсембиев, и её происхождение напрямую связано с казахским и тюркским миром. Она образована от личного имени Дюсемби (Дүйсенбай, Дүйсенби), которое, в свою очередь, восходит к арабскому «душанбе» — так у многих тюркских народов называют второй день недели, понедельник. В доисламской и ранней исламской традиции у казахов, киргизов, узбеков и татар было распространено давать имена по дню рождения ребёнка: Шамби (суббота), Жекшемби (воскресенье), Дюшемби (понедельник), Сейшемби (вторник) и так далее. Таким образом, Дюсемби — это имя, которое давали мальчику, родившемуся в понедельник.

Суффикс -ев в фамилии Дюсембиев — чисто русский патронимический формант, который в XIX–XX веках присоединяли к тюркским основам при русификации документов. В оригинале фамилия могла бы звучать как Дүйсенбайұлы (для мужчины) или Дүйсенбайқызы (для женщины), но при записи в метрические книги Российской империи и позже в советские паспорта её переоформили по славянской модели: основа + -ев. Окончание -а в женском варианте (Дюсембиева) — стандартный грамматический показатель рода в русском языке.

Интересно, что в отличие от многих русских фамилий, которые восходят к прозвищам или профессиям, Дюсембиева — чисто «календарная» фамилия, но не по христианскому, а по мусульманско-бытовому календарю. Она не несет в себе указания на сословие или ремесло: её носителями могли быть и скотоводы, и купцы, и воины. Географически фамилия почти не встречается за пределами Казахстана, Киргизии, Узбекистана и среди татарской диаспоры в России. В европейской части России она редка и обычно принадлежит потомкам мигрантов из Средней Азии.

Словообразовательная модель проста: корень Дюсемби- (от «понедельник») + суффикс -ев (указание на принадлежность, «сын Дюсемби»). В казахском языке есть параллельные формы с суффиксами -бай, -бек (например, Дюсембаев, Дюсембеков), что расширяет гнездо однокоренных фамилий. Дюсембиева — одна из тех фамилий, где имя дня недели стало родовым знаком, и это её главная отличительная черта среди сотен других тюркских фамилий на -ев.