Фамилия Джаембаев — одна из тех, где корень сразу выдаёт тюркское или кавказское происхождение, хотя точная география бытования неочевидна. Основа «Джаембай» или «Джаембек» распадается на две части: «джай» (вариант «джае») и «бай». «Бай» в тюркских языках означает «богач», «господин», «хозяин», часто входило в состав имён и прозвищ как указание на статус или пожелание достатка. Первая часть — «джай» — менее прозрачна. Возможно, это искажённое «джаны» (душа) или «джал» (грива, молодость), но уместнее предположить связь с казахским или киргизским словом «жай» — «лето», «летнее пастбище». Тогда Джаембай — человек, чьё богатство связано с летними кочевьями, или же прозвище, данное родившемуся в летний сезон.

Суффикс «-ев» указывает на русскую модель патронимического оформления: «чей?» — Джаембаев, то есть потомок Джаембая. Такое добавление характерно для фамилий, возникших у народов, вошедших в состав Российской империи, когда при переписях и в документах тюркские имена обрусевали с помощью стандартных окончаний. В самой тюркской среде фамилия могла бы звучать как Джаембайулы или Джаембай кызы, но в русском контексте закрепился именно такой вариант.

Встречается фамилия преимущественно в Казахстане и среди казахов в России, реже — у народов Северного Кавказа (ногайцы, кумыки). Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Джаемба́ев, что типично для фамилий с таким суффиксом. В дореволюционных документах написание могло колебаться: Джаимбаев, Джаямбаев, а иногда и Жаембаев — буква «дж» не всегда передавалась одинаково в русской записи.

Род занятий предков не реконструируется из одного корня, но «бай» в основе намекает на то, что носитель фамилии мог происходить из зажиточной семьи скотоводов или торговцев. Никаких широко известных исторических личностей с этой фамилией в открытых источниках не зафиксировано, что делает её типичным примером фамилии, сохранившейся в локальных родах без выхода на общероссийскую арену.