Фамилия Эшембаев — яркий пример того, как тюркское наследие закрепилось в русской фамильной модели. Её основа восходит к мужскому имени Эшембай, которое распространено у многих тюркских народов: башкир, татар, казахов, киргизов. Имя это составное. Первая часть, «Эшем», может восходить к слову «иш» (друг, товарищ, помощник) или к «эш» (работа, дело), а вторая, «бай», в тюркских языках означает «господин», «богач», «хозяин». Таким образом, имя Эшембай в буквальном прочтении — «богатый товарищ» или «хозяин дела», что было пожеланием благополучия и социального статуса для ребёнка.

Русский суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких согласных) присоединился к основе, чтобы образовать фамилию по стандартной для Российской империи модели: Эшембай → Эшембаев, то есть «сын Эшембая» или «из рода Эшембая». Такая схема характерна для фамилий, которые оформились у башкир, татар и других народов Урало-Поволжья после вхождения в состав Русского государства, когда при переписях и в официальных документах имена русифицировали.

Географически фамилия Эшембаев наиболее плотно встречается в Башкортостане и соседних регионах — Челябинской, Оренбургской областях. Это указывает на башкирское или татарское происхождение большинства носителей. В дореволюционную эпоху предки современных Эшембаевых, скорее всего, были рядовыми общинниками — скотоводами или земледельцами, поскольку имя Эшембай не было аристократическим титулом, а распространённым личным именем.

Стоит отметить, что в некоторых говорах начальное «Э» могло произноситься как «И», поэтому в старых метрических книгах иногда встречаются варианты Ишембаев. Это не ошибка, а особенность диалектного произношения, которая не меняет смысла фамилии. В написании через «Э» закрепился литературный вариант, близкий к башкирской орфографии.