Фамилия Исембаева — яркий пример того, как тюркское имя, пройдя через русскую модель фамилообразования, закрепилось в документах. Её основа — мужское имя Исембай, сложенное из двух корней: «исем» (доброе имя, слава) и «бай» (хозяин, богатый, господин). В сумме имя означает «хозяин с добрым именем» или «славный господин». Такие составные имена с компонентом «бай» были распространены у башкир, татар, казахов и других тюркских народов: они служили пожеланием благополучия и уважения в обществе.

Фамилия образована по стандартной для Российской империи схеме: к основе Исембай добавили русский женский суффикс -ева (вариант -ова после мягких и шипящих основ). В мужском варианте фамилия звучит как Исембаев. Суффикс указывал на принадлежность — «дочь (или жена) Исембая». Такая модель массово закрепилась у тюркских народов в XIX–XX веках, когда начался учёт населения и людям, у которых не было наследственных фамилий, записывали фамилию по имени отца или деда.

В отличие от многих русских фамилий, где суффикс -ев присоединяли к основе на -й или мягкий согласный, здесь он пришёл к твёрдой основе «Исембай». Это типично для адаптации тюркских имён: конечный -й перешёл в -ев, а не в -ов, как было бы, скажи имя оканчивалось на твёрдый согласный.

Географически фамилия Исембаева чаще всего встречается в Башкортостане, Татарстане, Оренбургской и Челябинской областях — в зоне расселения башкир и татар. Встречается и у казахов, но реже, так как у них фамилии на -ев/-ова закреплялись не столь массово.

Точное время возникновения рода Исембаевых назвать сложно: фамилия могла оформиться и в конце XIX века, когда крестьяне получали фамилии по имени отца, и раньше, если речь шла о служилых татарах или башкирах, у которых фамилии фиксировались уже в XVII–XVIII веках. Установить это можно только через конкретные генеалогические изыскания — метрические книги, ревизские сказки или списки населённых пунктов.