Фамилия Мамырбаева образована по тюркской модели, характерной для Казахстана и соседних регионов. Основа — мужское имя Мамырбай, которое складывается из двух частей: «мамыр» (спокойный, мирный, благополучный) и «бай» (богач, хозяин, уважаемый человек). В буквальном смысле имя означает «спокойный богач» или «мирный хозяин» — типичное для кочевой культуры пожелание достатка и размеренной жизни без тревог. Аффикс «-бай» в тюркских именах часто присоединяли к прилагательным, чтобы подчеркнуть положительное качество владельца.

Суффикс «-ева» указывает на принадлежность: в русской паспортной традиции так оформили женскую форму фамилии. Исходная мужская — Мамырбаев. Такая запись закрепилась в XIX–XX веках, когда у казахских родов появились официальные документы на русском языке. Окончание «-а» в женском варианте — калька с русской грамматики, хотя в казахском языке род не выражается фамильным суффиксом.

Географически фамилия распространена в южных и центральных областях Казахстана, особенно в Алматинской, Жамбылской и Туркестанской областях. Встречается и у казахов в России — в Оренбуржье, Астраханской области, где исторически кочевали роды Старшего и Среднего жузов. Среди носителей много сельских жителей, потомков скотоводов, но в XX веке фамилия стала городской — её носят учителя, врачи, инженеры.

Редкость фамилии в том, что имя Мамыр не имеет арабского или персидского происхождения, в отличие от большинства казахских имён. Это исконно тюркское слово, которое в древнетюркских памятниках означало «тихий», «смирный», даже «ручной» — применительно к животным. То есть прозвище могло относиться к человеку с покладистым характером, которого легко уживалось в роду. По казахским обычаям, такое имя давали ребёнку, чтобы уберечь его от злых духов: считалось, что слишком яркое имя привлекает беды, а скромное — отводит их.

Встречаются варианты написания Мамырбай, Мамырбаева с буквой «ы» после «м» — это передаёт казахское произношение, где звук твёрже русского «и». В старых метрических книгах можно найти запись «Мамырбаева» через «а» в первом слоге — «Мамарбаева», но это ошибка писаря, не знавшего тюркской фонетики. Фамилия не имеет отношения к русскому слову «мамка» или «мама», как иногда ошибочно думают из-за созвучия.