Фамилия Козамбаев — яркий пример тюркской антропонимической модели, распространённой у казахов, а также у некоторых других народов Центральной Азии. Её основа — личное имя Козамбай, которое разбирается на две части. Корень «коз» восходит к казахскому слову «көз» — глаз. В тюркской ономастике это не просто часть тела, а символ зрения, внимания, а иногда и «родника» (как источника воды). Вторая часть — «бай» (богатый, хозяин, господин), один из самых частых компонентов в тюркских именах, который изначально был показателем знатности или пожеланием богатства. Таким образом, имя Козамбай можно истолковать как «богатый глазом» или, более поэтично, «зоркий, как хозяин». Вероятно, так называли ребёнка, желая ему острого зрения или прозорливости, или же в честь родственника с таким именем.

Фамильный суффикс -ев указывает на русскую модель оформления, типичную для многих тюркских фамилий, которые фиксировались в документах после присоединения казахских земель к Российской империи. Если бы фамилия сохранила чисто казахскую форму, она звучала бы как Козамбайулы (сын Козамбая) или Козамбайкызы (дочь Козамбая). Переход в Козамбаев произошёл в XIX–XX веках при переписях и паспортизации: к имени-основе пришили русский патронимический суффикс «-ев», что сделало фамилию удобной для имперского делопроизводства.

Географически фамилия тяготеет к южным и западным регионам Казахстана, особенно к Кызылординской и Актюбинской областям, где имя Козамбай встречается в исторических родословных (шежире). Встречается она и у башкир, где могла возникнуть аналогичным образом, но с небольшим смещением в произношении.

Социальный контекст прост: предки носителя фамилии — не аристократы-чингизиды (у тех обычно фамилии на -ов встречаются реже), а представители «чёрной кости» — свободные скотоводы, воины или ремесленники. Имя Козамбай не было редким, поэтому фамилия не указывает на какой-то один конкретный род, а скорее на личное прозвище или имя основателя семьи.

С точки зрения словообразования, Козамбаев стоит в одном ряду с такими фамилиями, как Кыдырбаев, Ермекбаев, Сапарбаев. Отличие лишь в редком корне «коз», который реже встречается в именах, чем, скажем, «жол» (дорога) или «ер» (мужчина). Это делает фамилию заметной среди более типовых тюркских антропонимов.