Фамилия Кошимбаев — одна из тех, где без тюркского языка не обойтись. Её основа восходит к мужскому личному имени Кошимбай, которое состоит из двух компонентов: «кош» (в тюркских языках — «пара», «двойня», «спутник», «товарищ», а также «кочевье») и «бай» (титул, обозначающий богатого, уважаемого человека, хозяина). Таким образом, имя Кошимбай могло означать «богатый спутник» или «двойня-бай» — в традициях имянаречения так нередко называли второго ребёнка-двойняшку или желали мальчику удачи в пути и в делах.

Суффикс -ев в русской передаче — стандартный патронимический показатель, пришедший из славянской модели. Фамилии на -ев (как и на -ов) образуют притяжательную форму: «чей?» — Кошимбаев, то есть «сын (или потомок) Кошимбая». В казахском языке такая фамилия звучала бы как Кошимбайулы, а в русской записи XIX–XX веков её адаптировали под привычную форму. Поэтому носители фамилии — почти наверняка потомки человека по имени Кошимбай.

Географически фамилия характерна для казахов, особенно для южных и западных регионов Казахстана. Встречается она и среди башкир, и у татар, но там чаще пишется через «Кушимбаев» или «Кушимов». Разница в первой гласной (о/у) — диалектная особенность произношения: в одних говорах «кош» звучит как «куш», отсюда и варианты написания. Спорных версий здесь немного: все специалисты сходятся на тюркском происхождении, а попытки вывести фамилию от русского слова «кошка» или от «кошма» — не более чем народная этимология, которая не выдерживает проверки исторической фонетикой.

Если говорить о социальном контексте, то в среде казахских родов имена с компонентом «бай» давали не только богатым, но и просто людям, на которых возлагали надежды или хотели подчеркнуть их статус в общине. Носитель фамилии Кошимбаев мог быть потомком зажиточного скотовода, старшины или уважаемого аксакала. Однако точных данных о сословной принадлежности без генеалогического древа не найти — фамилия не была привилегией только знати, её носили и простые кочевники.