Фамилия Кустанбаев — яркий пример тюркской модели образования фамилий, где к основе прибавляется русский суффикс принадлежности -ев. В русской традиции так оформляли фамилии от основ на мягкий согласный или «й»: Кустанбай → Кустанбаев. Вся конструкция буквально означает «сын Кустанбая» или «из рода Кустанбая». Собственно, это и есть прямой ответ на вопрос о происхождении: фамилия ведет начало от мужского личного имени Кустанбай.

Имя Кустанбай составное, типичное для казахской и шире — тюркской антропонимии. Первая часть, «Кустан», восходит к арабскому «Кустан» (араб. قسطن — Qustan) — одной из форм имени Константин. В мусульманском мире это имя встречается, хоть и не так часто, как традиционные арабские имена. Вторая часть — «бай» (древнетюркское bāj) — означает «богач, хозяин, господин». В составе имен этот компонент указывал на знатность, достаток или пожелание богатства. Таким образом, Кустанбай — это примерно «богатый, как Константин» или «господин Кустан». Имя могло быть дано в честь какого-либо уважаемого человека с именем Константин или как следствие культурных контактов.

Географически фамилия Кустанбаев наиболее распространена в Казахстане, особенно в южных и западных областях, а также среди казахов в России (Астраханская, Оренбургская области). Встречается она и у других тюркских народов, но ядро носителей — именно казахи. Это неудивительно: модель «имя + бай + русский суффикс» — одна из самых продуктивных в казахской фамильной системе.

Сословно предки Кустанбаевых, скорее всего, относились к «кара суйек» (черная кость) — простым свободным общинникам, скотоводам или земледельцам. Компонент «бай» в имени не обязательно указывал на реальное богатство, часто это было просто пожелательное имя. В XIX веке, при массовой фиксации фамилий в Российской империи, отчество Кустанбаевич превратилось в наследственную фамилию Кустанбаев. Примечательно, что в отличие от многих русских фамилий, заканчивающихся на -ов, здесь ударение стабильно падает на последний слог: Кустанба́ев, что выдает тюркское происхождение основы.