Фамилия Кокембаев — тюркская по происхождению, и её разбор стоит начать не с корня, а с географии и суффикса. Формант -ев (фонетический вариант -ов) указывает на русскую модель оформления фамилии: к тюркскому имени или прозвищу прибавили патронимический суффикс со значением «сын такого-то» или «принадлежащий такому-то». В русской среде такие фамилии массово закреплялись в XIX — начале XX века, особенно у народов Поволжья, Урала и Казахстана при контактах с имперской администрацией. Но Кокембаев — фамилия не русского, а казахского или башкирского корня.

Основа «Кокембай» составная. Первая часть «кокем» (көкем) восходит к тюркскому «көк» — «синий», «голубой», «небесный», а в переносном смысле — «святой», «небом данный». В казахской антропонимике «көк» часто входит в имена со значением «небесный покровитель» или «божественный». Вторая часть «бай» — один из самых распространённых компонентов тюркских имён, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Изначально «бай» было титулом или социальной характеристикой, но в именах превратилось в пожелание достатка и статуса. Таким образом, имя Кокембай можно перевести как «небесный богач» или «богатый небесным покровительством» — типичное для кочевой среды имя-оберег или имя-пожелание.

Спорных версий здесь немного. Можно было бы предположить, что «Кокем» — это диалектное или искажённое «Кукум» (от арабского «кук» — «сила»), но это менее вероятно: в казахском именослове форма «Көкем» устойчива и встречается в документах. Встречается и вариант фамилии Кокембаев у башкир, где корень «күк» также означает «синий» или «небесный», но с тем же смысловым наполнением. Фамилия не имеет отношения к русским словам «кок» (повар) или «кокетка» — это случайное звуковое совпадение.

Социальный контекст прост: предки носителя фамилии были, скорее всего, скотоводами или воинами в казахской степи, а имя Кокембай давали мальчику, чтобы он рос под защитой неба и приобрёл богатство. Фамилия распространена в Казахстане, особенно в западных и центральных областях, реже встречается у башкир и татар. В русской среде она редка и, как правило, появляется через браки или миграцию. Фамилия не несёт сословной окраски — её могли носить и рядовые кочевники, и представители знати, так как имя было популярно в разных слоях.