Фамилия Кезембаев — редкая, с прозрачной, но не сразу очевидной для русского уха основой. В ней отчетливо слышен тюркский корень, а суффикс -ев указывает на русскую модель оформления фамилий, типичную для народов Поволжья, Урала и Казахстана. Если отбросить русское окончание, останется основа Кезембай. Это составное имя, где первая часть — «кезем» (в тюркских языках, например в казахском, «кез» — глаз, «кезем» может означать «мой глаз» или, в переносном смысле, «зеница ока», «дорогой»), а вторая — «бай» (богатый, хозяин, господин). Таким образом, Кезембай — это личное имя с пожелательной семантикой: «дорогой, как глаз» или «богатый взглядом», «зоркий бай».

Скорее всего, фамилия Кезембаев образована от имени Кезембай по стандартной для XIX–XX веков модели: к тюркскому имени добавили русский патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких и шипящих). Это указывает на то, что предок носителя фамилии — человек по имени Кезембай, и его потомки стали Кезембаевыми. Географически такая фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили казахи, башкиры, татары или ногайцы, то есть к территориям современного Казахстана, Оренбургской, Астраханской областей, Башкортостана. Встречаемость фамилии низкая, что подтверждает её локальное, возможно, родовое происхождение.

Интересная деталь: фамилия сохранила архаичное написание с буквой «е» в первом слоге, хотя в тюркских языках корень чаще произносится с твёрдым «э» (Кэзембай). Русская письменная фиксация «смягчила» звучание. Это обычная история для фамилий, которые записывали со слов носителей русские чиновники или переписчики, не всегда точно передававшие тюркскую фонетику. В отличие от более частых фамилий на -баев (Аманбаев, Есенбаев), где первая часть — имя или качество, Кезембаев выделяется именно редкой первой частью «Кезем», что делает её ценной для локальной ономастики.

Сословно предки Кезембаевых, скорее всего, относились к тюркским крестьянам, скотоводам или воинам (в зависимости от региона и времени). Фамилия не дворянская, не купеческая — она из народной среды, где имя давали не по святцам, а по житейским понятиям: красота, зоркость, ценность. Никаких сведений о дворянских родах с такой фамилией в «Общем гербовнике» нет, что тоже подтверждает её позднее, простонародное происхождение.