Фамилия Гамбаян — редкий для России случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все прочие версии. Её основа, суффикс и ареал бытования указывают на армянское происхождение. В армянской ономастике фамилии с суффиксом -ян (или -янц) образуются от личных имён, прозвищ или названий профессий, и Гамбаян здесь не исключение.

Корень «Гамб» или «Гамба» скорее всего восходит к армянскому слову «гамб» (գամբ) — «купол», «свод», или к прозвищу, связанному с формой (например, сутулый человек, похожий на арку). Менее вероятна, но не исключена связь с тюркским «гамба» (разновидность верблюда) — такое прозвище могли дать за выносливость или упрямство. В любом случае, основа не славянская: ни русский суффикс -ов/-ев, ни -ин к ней не присоединились бы, а армянский -ян работает как указатель на принадлежность: «из рода Гамба».

Географически фамилия тяготеет к регионам исторической Армении и диаспоры. В России носители Гамбаян встречаются в Краснодарском крае, Ростовской области и Москве — там, где компактно селились армяне после переселений XIX–XX веков. В самой Армении фамилия редкая, но не единичная: её фиксируют в Ереване и областях вокруг озера Севан.

Что касается социального статуса предков, то армянские фамилии на -ян до XIX века не были привилегией аристократии — их носили ремесленники, крестьяне и священники. Гамбаян мог быть потомком строителя куполов (каменщика-сводчика) или человека с характерной внешностью. Точнее сказать сложно: письменные источники по этой фамилии скудны, и основная версия остаётся лингвистической, а не документальной.