Фамилия Кемербаев — тюркская по происхождению, и её разумнее всего разбирать, отталкиваясь от ареала. Она характерна для народов, говорящих на языках кыпчакской группы, в первую очередь для казахов, а также для башкир, ногайцев и каракалпаков. Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких согласных) указывает на русскую адаптацию фамилии, которая произошла в ходе делопроизводства Российской империи. Без этого суффикса основа звучала бы как Кемербай.

В основе фамилии лежит сложное имя Кемербай. Оно состоит из двух частей. Первая — «кемер» — в тюркских языках имеет несколько значений. Самое распространённое — «пояс», «ремень», «кушак». В переносном смысле «кемер» могло означать «опора», «то, что скрепляет», или даже «пояс гор» (горная гряда). Вторая часть — «бай» — классический тюркский титул, означающий «богач», «господин», «хозяин». В составных именах «бай» часто служил пожеланием достатка и высокого положения.

Таким образом, имя Кемербай можно перевести как «богатый поясом» или «крепкий, как пояс». Однако это не обязательно буквальное указание на богатство. В кочевой культуре пояс был не просто деталью одежды, а символом мужественности, статуса и силы. Человек без пояса считался уязвимым. Поэтому имя скорее означало пожелание мальчику быть надёжным, крепким, «подпоясанным» — готовым к жизни и защите своего рода.

Менее вероятная, но возможная версия связывает «кемер» с географическим названием. В тюркской топонимике много мест с корнем «Кемер» (например, город Кемер в Турции, ущелья и речки в Средней Азии). В таком случае Кемербай могло означать «богач из местности Кемер» или быть прозвищем человека, жившего у горного перевала. Но для фамилии Кемербаев эта версия слабее: личные имена с компонентом «бай» в тюркской среде были массовыми и редко привязывались к конкретному топониму.

Социально предки носителя фамилии Кемербаев, скорее всего, относились к скотоводам или воинам степной аристократии. Имя с компонентом «бай» давали не рабам и не беднякам, а людям, от которых ждали хозяйского, уверенного поведения. В казахском шежире (родословной) фамилия Кемербаев встречается в разных жузах, что говорит о её широкой распространённости, а не о принадлежности к одному конкретному роду.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Кемербаев стоит в одном ряду с Кемеров, Кемерли, Кемербай. Интересно, что русская фамилия Кемеров (от названия города Кемерово) имеет совершенно другую, славянскую этимологию и не связана с тюркским корнем, несмотря на внешнее сходство.