Фамилия Кемельбаев — тюркская по происхождению, и её разбор стоит начать с модели, по которой она образована. Суффикс -ев указывает на принадлежность к роду, а основа — на личное имя. В данном случае это Кемельбай, которое складывается из двух частей: «Кемель» и «бай».

Слово «бай» в тюркских языках означает «богатый», «господин», «хозяин» — титул или уважительное обращение, часто входившее в состав имён. Первая часть — «Кемель» — более сложная. Наиболее вероятная версия: от арабского كامل (камиль) — «совершенный», «полный», «зрелый». В тюркских языках это имя адаптировалось как Кемель, Кямиль, Кемаль. Тогда Кемельбай — «совершенный господин» или «зрелый богач». Менее вероятная, но допустимая версия связывает «Кемель» с тюркским глаголом «кемел» — «созревать», «становиться полным», что ведёт к тому же смысловому ряду.

Фамилия характерна для казахов, киргизов и других тюркских народов Центральной Азии. В казахском ономастиконе модель с суффиксом -ев (а также -ов) стала массовой в XIX–XX веках, когда русская администрация фиксировала фамилии по отчеству. Таким образом, Кемельбаев буквально означает «сын Кемельбая».

Интересная деталь: в отличие от многих русских фамилий на -ев, образованных от профессий или прозвищ, Кемельбаев почти наверняка восходит к личному имени, а не к роду занятий. Предки носителя этой фамилии, скорее всего, не имели прозвища, связанного с ремеслом, — имя Кемельбай давалось младенцу с пожеланием достатка и совершенства. Социальный статус мог быть разным: «бай» в имени не гарантировал богатства, но отражал надежду семьи на благополучную жизнь.

Однокоренные фамилии — Кемелов, Кемальбаев, Кямильбаев — встречаются реже, но все они держатся на одном корне. Споров о происхождении «Кемельбаев» почти нет: арабское заимствование через тюркскую среду — общепринятая версия в ономастике, её же приводят в словарях тюркских фамилий.