Фамилия Имамбаев — тюркская по происхождению и мусульманская по корням. Её основа — арабское слово «имам» (предстоятель на молитве, духовный глава общины), которое через тюркские языки вошло в состав личных имён и прозвищ. Второй компонент, «бай», в переводе с тюркского означает «богатый», «господин», «хозяин». Получается сложное имя Имамбай — «богатый имамом» или «господин, равный имаму». Такие составные имена с элементом «бай» были очень популярны у башкир, татар, казахов и других тюркских народов: они подчёркивали не столько материальное богатство, сколько уважение, достоинство и принадлежность к религиозной или родовой элите.

Суффикс «-ев» — это русский патронимический суффикс, который добавился к основе при оформлении фамилии в официальных документах Российской империи. Без него форма Имамбаев означала бы «сын Имамбая». Таким образом, фамилия относится к распространённому типу тюрко-русских фамилий, где тюркское имя получает русское окончание. Аналогично образованы, например, Исламбаев, Ахметбаев или Надырбаев.

Географически фамилия Имамбаев чаще всего встречается среди башкир и татар (особенно в Башкортостане, Татарстане, Оренбургской и Челябинской областях), реже — у казахов. В дореволюционной переписи населения такие фамилии фиксировали в основном у сельских жителей, которые не принадлежали к дворянству, но могли быть потомками мулл, старшин или зажиточных крестьян. Сословная принадлежность предка-носителя имени Имамбай была разной: от простого скотовода до сельского религиозного деятеля.

С точки зрения словообразования, фамилия Имамбаев интересна тем, что в ней сохранился архаичный тип тюркского имени-пожелания. Имя Имамбай не означало, что человек был имамом в прямом смысле — скорее, родители желали сыну духовного авторитета и уважения, сравнивая его с имамом. Это типичный пример того, как религиозные понятия переходили в бытовые имена, а затем закреплялись в фамилиях.