Фамилия Касымхановы — один из примеров того, как тюркское имя, пройдя через русскую словообразовательную модель, закрепилось в качестве родового прозвания. В основе фамилии лежит составное мужское имя Касымхан. Первая часть, Касым, восходит к арабскому корню со значением «делящий, распределяющий» — так называли человека справедливого или щедрого. Вторая часть, хан, — это древний тюркский и монгольский титул, который первоначально обозначал вождя племени, а позже — правителя. Слияние двух компонентов в одно имя было типично для восточной антропонимии: так подчеркивали благородное происхождение и социальный статус родоначальника.

Русский суффикс -ов присоединился к основе Касымхан уже на русской почве, превратив личное имя в фамилию, отвечающую на вопрос «чей?» — то есть «потомок Касымхана». Такая модель была стандартной для включения нерусских имен в систему русских фамилий, особенно в среде служилых людей и дворянства. Многие дворянские роды в России вели свою родословную от выходцев из Золотой Орды, печенегов или половцев, и фамилия Касымхановы — один из таких памятников, указывающий на восточные корни семьи.

Сведения о происхождении фамилии в XV–XVII веках подтверждаются тем, что само имя Касымхан было распространено среди тюркских народов именно в этот период. Встречается и вариант написания Касымхановы — с окончанием множественного числа, подчеркивающим принадлежность к целому роду, а не к одному человеку.