Фамилия Енсегенов — редкий случай, когда тюркская основа и русский суффикс склеились напрямую, почти без промежуточных этапов. Скорее всего, перед нами фамилия казахского или башкирского происхождения, образованная от мужского личного имени Енсеген. В основе лежит тюркское слово «енсе» — «затылок» или «загривок», а также «затылочная кость». Суффикс -ген в тюркских языках даёт значение «тот, у кого» или образует причастие прошедшего времени. Таким образом, Енсеген — «имеющий широкий/крепкий затылок» или «рождённый с крепким загривком». Для кочевых народов характеристика физической силы и выносливости была важной частью прозвища, и такое имя давали ребёнку с пожеланием крепости и здоровья.

Русский суффикс -ов, добавленный к основе, — стандартная модель русификации нерусских фамилий в XIX — начале XX века. В метрических книгах или при переписи населения имя Енсеген превратилось в фамилию Енсегенов по принципу: чей сын? — Енсегенов. Географически фамилия тяготеет к Западному Казахстану, Астраханской и Оренбургской областям — зонам активного контакта тюркского и русского населения.

Словообразовательный разбор не оставляет места для славянской этимологии: корень «енсег» — чисто тюркский, а русский суффикс «-ов» — поздний. Фамилия не могла возникнуть из русского прозвища, так как «енсе» в русских говорах не зафиксировано.

Родственные фамилии того же гнезда — Енсебаев, Енсебай, Енсеген. Все они указывают на однотипную модель: личное имя с корнем «енсе» плюс аффикс принадлежности или качества. Среди известных носителей фамилия не получила широкой известности, что типично для локальных фамилий, не выходивших за пределы одного рода или аула.

В написании возможны варианты: Енсегенов и Енсекенов (с оглушением «г» в конце основы, что отражает произношение в некоторых говорах). Встречается также форма Енсегинов — с другим тюркским суффиксом -гин, но это уже другая фамилия.