Фамилия Мамельбаева — редкий случай, когда за основу взято не славянское, а тюркское имя, причем в необычной для русского уха форме. Разберём её по составу.

Корень фамилии — «Мамель». Скорее всего, это диалектный или фонетически изменённый вариант мусульманского имени Мамед, которое, в свою очередь, является одной из многочисленных тюркских форм имени Мухаммед (Магомед). В казахском, татарском, башкирском языках имя могло звучать как Мәмед, Мәмәт, а в разговорной речи давало варианты вроде Мамель. Суффикс «-бай» — типичный тюркский компонент, означающий «богач», «хозяин», «князь» или просто усилительная частица, подчеркивающая значимость имени. Вместе «Мамельбай» — это составное имя, которое можно перевести как «богатый (уважаемый) как Мамед» или «господин Мамед».

Фамилия образована по русской модели с суффиксом «-ев». Она принадлежит к женскому роду (Мамельбаева), мужской вариант — Мамельбаев. Такое окончание характерно для фамилий, которые возникли в среде, где русский язык стал официальным, а имена записывали «на русский лад». Это указывает на то, что предки носительницы фамилии жили в регионах с сильным тюркским населением, но в составе Российской империи или СССР — скорее всего, в Казахстане, Башкортостане, Татарстане или среди ногайцев.

Интересная особенность — двойная тюркская основа: и «Мамель», и «бай» — слова из одного языка. Это отличает её, например, от фамилий, где к тюркскому корню приставили славянский суффиксы (вроде «-ов»). Здесь же мы видим чистую тюркскую двухкорневую конструкцию, которая просто получила русское патронимическое окончание.

Таким образом, фамилия Мамельбаева напрямую говорит о родоначальнике — мужчине по имени Мамельбай. Это имя, в свою очередь, было дано в честь пророка Мухаммеда, но с местным колоритом и пожеланием достатка. Сословно предки могли быть как зажиточными крестьянами или скотоводами, так и представителями родовой знати (суффикс «-бай» в прошлом часто указывал на статус), но точных данных об этом нет. Фамилия редкая, её носители, скорее всего, сосредоточены в ареале расселения казахских или башкирских родов.