Фамилия Колембаева звучит необычно для русского уха, и это подсказка: её корни, скорее всего, не в славянской, а в тюркской среде. Основа фамилии — мужское имя Колембай, которое состоит из двух частей. Первая, «колем» (или «кулем»), в разных тюркских языках может означать «раб», «слуга» или же быть диалектным вариантом имени Колым, восходящего к слову «кол» (рука). Вторая часть — «бай», классический тюркский титул «господин», «богач», «хозяин». В итоге имя Колембай могло иметь значение «богатый слуга» (парадоксальное, но возможное в именах-оберегах) или «крепкая рука» (прозвище силача или мастера).

Фамилия образована по русской модели: к основе Колембай добавили суффикс принадлежности «-ев», а затем женское окончание «-а». Суффикс «-ев» в тюркских фамилиях встречается реже, чем «-ов», что указывает на возможную адаптацию фамилии уже в русской среде. Окончание «-а» ясно говорит, что перед нами женская форма фамилии; мужской вариант — Колембаев.

Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным тюркским субстратом: Поволжье (Татарстан, Башкортостан), Урал, а также Казахстан. Встречается она нечасто, что говорит о её сравнительно поздней фиксации или узком ареале. Носители фамилии, вероятно, потомки тех, кого в XV–XVII веках звали Колембаем — имя не было широко распространённым, а скорее локальным.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то ближайшая параллель — Колымбаев, где корень «колым» более прозрачен и связан с казахским «қолым» (моя рука). Колембаева могла возникнуть как фонетический вариант того же имени, записанный через «е» под влиянием русского произношения. Других распространённых версий происхождения нет: попытки связать фамилию с русским «колембать» (нечто вроде качаться) — это народная этимология, не выдерживающая критики.

Таким образом, Колембаева — это фамилия-указатель на тюркское имя предка, которое могло быть и оберегом, и прозвищем. В ней нет ни дворянского сословного маркера, ни крестьянского уничижения — просто имя человека, которое стало фамилией его потомков.