Фамилия Касембаев — яркий пример антропонима, сформированного по тюрко-персидской модели. В её основе лежит сложное имя Касембай, где первая часть «Касем» (или «Касим») восходит к арабскому «Касим» — «распределяющий», «раздающий», один из эпитетов пророка Мухаммеда. Вторая часть «бай» — древнетюркский титул, означающий «господин», «богатый», «хозяин». Таким образом, имя-основа Касембай переводится как «богатый Касим» или «господин Касим». Фамилия образована по русской модели патронимического суффикса -ев, который присоединяется к именам, оканчивающимся на согласный или «й». В результате Касембаев буквально значит «сын Касембая».

Географически фамилия тяготеет к регионам Средней Азии и Казахстана. Она типична для народов, использующих компонент «бай» в личных именах: казахов, киргизов, узбеков, татар. В русских документах и метрических книгах XIX — начала XX века такие фамилии нередко фиксировались у представителей торгового сословия и зажиточных крестьян, так как имя «бай» изначально указывало на состоятельность или авторитет. Однако не стоит воспринимать это буквально: к моменту формирования фамилии прозвище могло уже утратить прямую связь с богатством и стать просто личным именем.

Интересная деталь — вариативность написания. Встречаются формы Касимбаев, Касымбаев, а также Касембаев с буквой «е» в первом слоге. Эта разница отражает особенности местного произношения и записи при переходе в русскую паспортную систему. В казахском языке, например, имя чаще звучит как «Қасым» (Касым), поэтому фамилия Касымбаев там распространена шире. Форма Касембаев — результат адаптации через татарское или башкирское посредничество, где звук «ы» мог переходить в «е».

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Касембаев стоит в одном ряду с Касимовым, Касымовым, Касимхановым. Разница в том, что Касимов образован напрямую от имени Касим, а Касембаев — от двусоставного имени с уточняющим статусным элементом. Такие фамилии — маркер более сложной социальной структуры, где имя могло подчеркивать не только происхождение, но и положение человека в общине.