Фамилия Карсенбекова — одна из тех, что сразу указывает на географию и этническое происхождение. Её основа — мужское имя Карсенбек, которое распространено у тюркских народов, в первую очередь у казахов, киргизов, каракалпаков и отчасти у узбеков. Разбираем имя: первая часть «Карсен» — вариант имени «Карсын» или «Курсан», восходящего к арабскому «Курбан» (жертва, приближение к Богу) или к тюркскому «карсы» (противоположный, навстречу). Вторая часть — «бек» (господин, князь), типичный титульный компонент тюркских имён. Таким образом, Карсенбек — это «господин, который идёт навстречу» или «бек, посвящённый Богу», в зависимости от трактовки корня.

Суффикс «-ова» делает фамилию женской по форме, но её носительницы — потомки человека по имени Карсенбек. Мужской вариант — Карсенбеков. Модель образования проста и типична для русской документальной традиции: к тюркскому имени добавили русский патронимический суффикс «-ов/-ев». Это произошло в XIX–XX веках, когда при переписях и паспортизации тюркские фамилии записывали по русскому образцу, закрепляя за родом имя предка.

Географически фамилия тяготеет к Казахстану, особенно к южным и западным областям, а также к Киргизии и Каракалпакстану. В России она встречается в среде казахской диаспоры, например, в Астраханской, Оренбургской и Омской областях. Редкость фамилии — её отличительная черта: в базах данных она фиксируется единичными случаями, что говорит о локальном бытовании и, вероятно, о недавнем закреплении (второй половине XX века).

С точки зрения словообразования, фамилия примечательна тем, что имя Карсенбек — не арабское и не чисто тюркское, а гибридное (арабо-тюркский сплав), что характерно для исламизированной кочевой знати. Предки носителей фамилии могли быть из среды степной аристократии или зажиточных скотоводов, где титул «бек» передавался по наследству. Однако точных данных о сословной принадлежности нет — фамилия не попала в дворянские родословные книги Российской империи, так как её носители, скорее всего, оставались в рамках кочевого уклада.