Фамилия Мамбетшаева — один из тех редких случаев, когда фамилия почти целиком состоит из личного имени, а суффикс лишь формально оформляет её как русскую. Основа здесь — мужское имя Мамбетша, которое, в свою очередь, сложено из двух частей: «Мамбет» (местный вариант имени Мухаммед, распространённый у тюркских народов, особенно у казахов, киргизов, ногайцев и башкир) и «ша» (от персидского «шах» — царь, владыка). Таким образом, Мамбетша — это «царь Мухаммед», или, в более почтительном смысле, «господин, носящий имя Мамбет». Имя звучало как пожелание величия и уважения.

Фамилия образована по продуктивной для русского языка модели: к основе на -а добавили типичный женский суффикс -ев- и окончание -а. Полная форма Мамбетшаев (мужской вариант) превратилась в Мамбетшаева (женский). Это говорит о том, что фамилия закрепилась в документах уже в XIX–XX веках, когда русская администрация активно записывала инородцев, прибавляя к их именам стандартные фамильные окончания. Важно, что суффикс -ев, а не -ов, выбран из-за конечного мягкого звука [ш'] в имени Мамбетша — это чисто грамматическое правило, не несущее смысловой нагрузки.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически сильно влияние тюркских языков и ислама: это Оренбургская область, Башкортостан, Татарстан, а также Казахстан и Кыргызстан. Встречается она нечасто, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска — носители, скорее всего, происходят из небольшого числа родов, связанных общим предком. Социально предки Мамбетшаевых могли быть как рядовыми скотоводами или земледельцами, так и представителями сельской знати — имя «шах» в составе давали не каждому, оно могло указывать на авторитет человека в общине.

Отдельного внимания заслуживает написание фамилии. Встречаются варианты Мамбетшаев (без «а» на конце) и даже Мамбетшаева (с двумя «а» подряд — Мамбетшаева). Последний вариант — орфографическая случайность, возникшая из-за того, что имя Мамбетша при склонении даёт форму «Мамбетша-ев», и некоторые писцы ошибочно удваивали гласную. Правильная форма с точки зрения русской грамматики — Мамбетшаева, где суффикс -ев присоединён к основе, оканчивающейся на -а.