Фамилия Ембаев — редкий случай, где основу стоит искать не в славянском, а в тюркском именнике. Скорее всего, она образована от мужского имени Ембай, которое бытовало у татар, башкир и других народов Поволжья и Урала.

Разберём имя Ембай. Первая часть — «ем» (йем) — восходит к тюркскому корню со значением «лекарство», «целебное средство» или же к глаголу «есть», «кушать». Вторая часть — «бай» — классический тюркский титул, означающий «богач», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Ембай могло нести пожелательный смысл: «богатый лекарством» (то есть целитель, знахарь) или «сытый господин» (человек, у которого всегда есть еда). В любом случае, это имя-пожелание достатка и здоровья.

Суффикс «-ев» в фамилии — русский патронимический формант, который присоединяли к основам на мягкий согласный. Модель образования проста: Ембай → сын Ембая → Ембаев. Фамилия фиксирует принадлежность к роду человека по имени Ембай.

Географически фамилия Ембаев тяготеет к регионам с тюркским населением: её можно встретить в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она и у казахов, где имя Ембай также известно, но там фамилия могла оформиться через русское делопроизводство.

В дореволюционной России носители фамилии Ембаев относились к сословию государственных крестьян или казаков. Среди них были и те, кто занимался знахарством — это могло быть семейным прозвищем, закреплённым в имени-основе. Однако со временем прямая связь с профессией утратилась, и фамилия стала просто родовым знаком.