Фамилия Кугенбаев — яркий пример антропонимики тюркского происхождения, распространённый в среде башкир, татар, казахов и других народов Поволжья и Урала. Её основа — мужское имя Кугенбай, которое образовано сращением двух компонентов. Первая часть, «куген» или «кюген», восходит к тюркскому слову со значением «сила», «могущество» или «богатство». Вторая часть — «бай», один из самых частотных компонентов в тюркских именах, означающий «господин», «хозяин», «богатый человек». Таким образом, имя Кугенбай буквально переводится как «могущественный господин» или «богатый хозяин».

Фамилия образована по русской модели — с помощью патронимического суффикса -ев, который присоединяется к именам, оканчивающимся на согласный или «й». Если бы фамилия оформлялась по тюркской традиции, она звучала бы как Кугенбай улы (сын Кугенбая). Но в ходе ассимиляции в русской административной среде в XIX — начале XX века имя превратилось в фамилию с привычным для славян окончанием. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «Кугенбаев» — сын Кугенбая.

Интересно, что имя Кугенбай не было широко распространённым, что делает фамилию относительно редкой. Встречается она преимущественно в южных районах Башкортостана, в Оренбургской и Челябинской областях, а также среди казахов западного Казахстана. В документах XVIII–XIX веков, например, в ревизских сказках, носители этой фамилии чаще всего записаны как тептяри или башкиры-вотчинники, то есть относились к податным сословиям, занимавшимся скотоводством и земледелием.

С точки зрения словообразования фамилия показательна тем, что сохранила архаичную форму личного имени, которое сегодня почти не дают новорождённым. Это позволяет предположить, что предки носителя фамилии жили достаточно замкнутой общиной, где традиционные имена передавались из поколения в поколение без влияния моды. Версия о том, что «куген» может быть искажённым «куган» (лебедь по-тюркски), маловероятна: в этом случае имя звучало бы как Куганбай, и фамилия имела бы другую огласовку.