Фамилия Кокимбаева — женская форма, мужской вариант — Кокимбаев. Её основа — тюркское имя или прозвище, и чтобы понять её происхождение, нужно разобрать два ключевых элемента.

Первый — «кок». В тюркских языках (казахском, киргизском, узбекском) это слово означает «синий», «голубой», «небесный» или «зелёный». В именах и прозвищах «кок» часто указывало на цвет глаз (серо-голубые) или на нечто священное, небесное — например, «Кок-Тенгри» (Синее Небо) у древних тюрков. Второй элемент — «имбай» (или «ембай»). Это распространённый компонент в казахских и других тюркских именах, образованный от слова «бай» — «богатый», «господин», «хозяин». «Им» может быть вариантом «ен» (широкий, просторный) или усилительной частицей. Вместе «Кокимбай» можно перевести как «Небесный богач», «Синеглазый господин» или «Владыка синего (неба)». Имя-оберег, которое давали, чтобы призвать покровительство небес или подчеркнуть редкий цвет глаз.

Фамилия образована по русской модели: к основе Кокимбай добавили суффикс -ев (фонетически закономерный после -й) и окончание -а для женского рода. Такое оформление типично для русификации тюркских фамилий в XIX–XX веках, особенно в среде казахов, татар и башкир. Носители фамилии Кокимбаева — это почти наверняка потомки человека по имени Кокимбай. Скорее всего, он был кочевником-скотоводом или земледельцем в одном из регионов Центральной Азии: юг Казахстана, Каракалпакстан или Узбекистан. Фамилия не указывает на дворянское происхождение — это крестьянско-родовая фамилия, закреплённая при переписях или в советское время.

Географически фамилия встречается почти исключительно в Казахстане и среди казахской диаспоры. В России она редка и локализована в Оренбургской, Астраханской областях и Татарстане. От других похожих фамилий (Кокимов, Кокенбаев) её отличает именно двусоставная основа с «бай» — признак родовой знатности или большого хозяйства, но не аристократии.