Фамилия Косымбаров — редкий случай в русском ономастиконе, где тюркская основа сочетается с русским патронимическим суффиксом. Её ядро — имя или прозвище Косымбар. Первая часть, «Косым», восходит к тюркскому «косым» — «добавление, приложение» или к личному имени Косым (вариант казахского Қасым, араб. «распределяющий»). Вторая часть, «бар», в тюркских языках означает «есть, имеется» или выступает как компонент сложных имён (например, Бармак — «палец»). Таким образом, Косымбар могло означать «имеющий Косыма» — то есть ребёнка, названного в честь деда или покровителя, либо прозвище человека, которого считали «довеском» к семье.

Русский суффикс -ов указывает на принадлежность: Косымбаров — «сын Косымбара». Такая модель массово появлялась в XVI–XVII веках, когда русские писцы фиксировали тюркские имена служилых людей, казаков и крестьян южных окраин. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), суффикс -ов присоединяли к основам на согласный, что и произошло с Косымбаром.

Географически фамилия тяготеет к Оренбуржью, Западному Казахстану и Астраханской области — зонам активного контакта русского и тюркского населения. В дореволюционных метриках встречаются написания «Косымбаров» и «Косимбаров» (с заменой ы на и под влиянием русского произношения). Сословно носители чаще всего были государственными крестьянами или казаками: в XVIII–XIX веках многие тюркские имена в этих группах «обрусевали» именно через такие фамилии.

Однокоренные параллели — Косымов (от имени Косым без второго компонента) и Бармаков (от прозвища Бармак). Но Косымбаров стоит особняком: это редкая двухосновная конструкция, которая сохранилась, вероятно, только в нескольких родах. Спорных версий здесь немного — разве что попытка вывести «бар» из персидского «бар» (грудь), что маловероятно для русского бытования фамилии. Наиболее правдоподобное объяснение — сложное тюркское имя-пожелание, которое при крещении или при записи в ревизские сказки превратилось в фамилию.