Фамилия Эсенбаева — тюркская по происхождению, с прозрачной внутренней формой. В её основе лежит составное мужское имя Эсенбай, которое распространено у многих народов Средней Азии, Поволжья и Южного Урала. Первая часть «эсен» (варианты — «исен», «есен») восходит к тюркскому слову со значением «здоровый», «невредимый», «благополучный». Вторая часть «бай» — традиционный компонент восточных имён, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Эсенбай буквально переводится как «здоровый и богатый» или «благополучный господин» — имя-пожелание, которое давали мальчикам, чтобы их жизнь сложилась удачно.

Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Эсенба(й) добавлен суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?»), и окончание -а, характерное для женского варианта фамилии. Мужская форма — Эсенбаев. Такое оформление — типичный случай адаптации тюркских имён в русской официальной среде в XIX–XX веках, когда при записи в метрики или паспорта к имени отца прибавляли русский суффикс.

Носители фамилии Эсенбаева встречаются в первую очередь среди башкир, татар, казахов и киргизов. В башкирском и татарском именослове имя Эсенбай (Исенбай) фиксируется с XVIII века. У киргизов и казахов фамилия Эсенбаев/Эсенбаева также нередка, но чаще пишется через «И» — Исенбаев, что связано с особенностями произношения в разных диалектах. Географически фамилия тяготеет к Южному Уралу (Башкортостан, Оренбургская область) и северному Казахстану.

С точки зрения социального контекста, фамилия не несёт указания на сословие или род занятий. Она образована от личного имени, поэтому предки носителей могли быть кем угодно — от скотоводов и земледельцев до торговцев или воинов. Единственное, что можно сказать с уверенностью: основатель рода носил имя Эсенбай, и его потомки получили фамилию по отцу.

Интересная деталь: в русских документах начала XX века фамилию могли записывать с буквой «и» на конце — Эсенбаева, но в тюркской среде сама основа имени произносится с твёрдым «э» в начале, что и отразилось в современном написании. Варианты через «И» (Исенбаева) встречаются, но реже, и часто указывают на региональную или диалектную особенность.