Фамилия Кенжебаева происходит от древнего тюркского составного имени Кенжебай. Её основа — два слова: «кенже» (в тюркских языках означает «богатство», «ценность» или «сокровище») и «бай» («князь», «господин», «хозяин», а в более широком смысле — «богатый и влиятельный человек»). Однако у этого имени есть и бытовой, семейный оттенок: «кенже» также называли самого младшего, позднего ребёнка в семье. Таким образом, имя Кенжебай могло даваться как младшему сыну — буквально «младший господин» или «последнее сокровище», так и ребёнку, которого считали особенно ценным, долгожданным.

Фамилия образована по стандартной для тюркских народов модели: к основе Кенжебай добавляется русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягких и шипящих), а затем женское окончание -а. То есть Кенжебаева — это буквально «дочь (или жена) Кенжебая». Мужской вариант фамилии — Кенжебаев.

Процесс закрепления таких фамилий у тюркских народов, вошедших в состав Российской империи, шёл в основном в XIX — начале XX века, когда при переписях и паспортизации имена отцов записывали как фамилии для всего рода. Поэтому точно определить, когда и где конкретно возникла ветвь Кенжебаевых, можно только по архивным генеалогическим записям.

Фамилия распространена в Казахстане, Киргизии, а также среди башкир и татар. В русскоязычной среде она нередко меняла ударение и написания (встречается вариант Кенжебаева с ударением на второй слог), но исходное ударение в имени Кенжебай — на последний слог.