Фамилия Дюсембина — женская форма мужской фамилии Дюсембин, которая почти наверняка имеет казахское или тюркское происхождение. Основа фамилии восходит к личному имени Дюсембай или Дюсембек, которое в свою очередь происходит от арабского «дуйшанба» — «понедельник». В тюркской ономастике было распространено давать детям имена по дню недели, в который они родились. Дюсембай, таким образом, означает «родившийся в понедельник», а суффикс -бай («богатый, господин») добавлял пожелание достатка и благополучия.

Модель образования фамилии — типичная для русской и советской паспортной системы: к тюркской основе Дюсемб- добавили русский патронимический суффикс -ин (указывающий на принадлежность: «чей?» — Дюсембин). В женском варианте окончание -а. Это говорит о том, что фамилия оформилась в XIX–XX веках, когда казахи и другие народы Центральной Азии массово получали фамилии по отцу или деду при переписях и паспортизации.

Интересная деталь: в отличие от многих русских фамилий на -ин (типа Пушкин, Кузьмин), где суффикс присоединялся к основе на -а/-я, здесь он добавлен к согласной основе Дюсемб-, что характерно для адаптации нерусских имён. Встречаются и варианты написания — Дюсенбина или Дюсембаева, но Дюсембина — наиболее точная запись от исходного имени Дюсембай.

Географически фамилия распространена преимущественно в Казахстане, особенно в западных и северных областях (Актюбинская, Западно-Казахстанская, Костанайская), а также среди казахской диаспоры в России (Оренбургская, Астраханская области). Носители фамилии — потомки людей, чей предок носил имя Дюсембай, и в прошлом они могли быть скотоводами, земледельцами или ремесленниками, но сословной привязки у фамилии нет — она встречается и среди простых кочевников, и среди зажиточных баев.

Схожие по модели фамилии — Дюсенбаев, Дюсембаев, Дюсенбин — все они образованы от того же корня с разными суффиксами (-бай, -бек, -ин). Фамилия Дюсембина выделяется среди них тем, что суффикс -ин здесь указывает на прямое патронимическое родство, без добавления «бай» или «бек» в конец фамилии, что делает её более короткой и лаконичной.