Фамилия Есемханова — одна из тех, где на стыке тюркских и арабских корней рождается имя, а затем и фамилия. В её основе лежит мужское имя Есемхан, которое состоит из двух частей. Первая часть, «Есем», восходит к арабскому «Иса» (Иисус в исламской традиции), но в тюркской фонетике часто переходит в «Ес» или «Есем». Вторая часть — «хан» (тюрк. «правитель, владыка»). Таким образом, имя Есемхан можно перевести как «царь Иисус» или «правитель, подобный Исе», что в дореволюционном мусульманском мире было нередким композитом — соединением сакрального имени с титулом для подчеркивания благочестия и достоинства.

Фамилия образована по русской модели притяжательных фамилий: к основе Есемхан добавлен суффикс -ов (в женском роде -ова), указывающий на принадлежность потомку человека с таким именем. То есть Есемханова буквально означает «дочь (или жена) Есемхана». Это типичный способ русификации тюркских имен в XIX–XX веках, особенно в среде оседлого и полуоседлого населения Кавказа, Поволжья и Средней Азии.

С точки зрения географии, фамилия Есемханова не является массовой. Она встречается в основном среди народов, где имя Есемхан было употребительным: у казахов, ногайцев, татар, реже у чеченцев и ингушей. В русских архивных записях и современных базах данных эта фамилия фиксируется в Астраханской области, в Ставропольском крае, а также в Казахстане. Сословно предки носителей фамилии, скорее всего, относились к крестьянству или казачеству (в приграничных областях), но не к знати — титул «хан» в имени не указывает на реальный титул, а лишь на пожелательное или почетное прозвище.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Есимов, Есенов, Ханбеков), то Есемханова выделяется именно двусоставной основой с религиозным оттенком. Фамилия редкая, и, вероятно, у большинства её носителей общий предок жил не ранее XVIII века — именно тогда подобные составные имена стали фиксироваться в метрических книгах.