Фамилия Мамайсур — редкий случай, когда в основе фамилии лежит не имя или прозвище, а название реки, то есть гидроним. Речь о речке Мамайсурке на Украине, которая протекает у подножия Мамай-Горы. По местному преданию, на этом берегу когда-то стоял лагерем темник Мамай и заложил крепость. Вторая часть названия — «сур» — с тюркских языков переводится как «крепость» или «укрепление». Получается, что Мамайсурка буквально означает «крепость Мамая».

Фамилию Мамайсур, скорее всего, получил человек, живший на берегу этой реки, либо выходец из тех мест. Модель образования здесь нестандартная: фамилия не обросла типичными славянскими суффиксами вроде -ов или -ин, а перешла в готовом виде из топонима. Это характерно для украинской ономастики, где нередко встречаются фамилии, совпадающие с названиями рек или урочищ (например, Днепр, Десна).

В отличие от распространённых фамилий на -енко или -ук, Мамайсур не указывает на профессию или отчество. Её корни — в географической привязке и историческом сюжете, связанном с эпохой Золотой Орды. Встречается фамилия в основном в центральных и восточных областях Украины, что совпадает с зоной распространения тюркских топонимов.