Фамилия Мирембаева — редкий пример, где привычная русская модель фамилии на -ева накладывается на нерусскую основу. Если отбросить окончание, указывающее на принадлежность (буквально «дочь/жена Мирембая»), остаётся корень, который ведёт в тюркские языки. Основа «Мирембай» — это составное имя, где «бай» означает «богач», «господин», «хозяин», а первая часть восходит к арабскому «мирим» (мой господин) или к персидскому «мир» (эмир, князь, предводитель). Таким образом, имя Мирембай могло означать «господин-богач» или «княжеский богач» — титульное имя, подчёркивающее уважение и достаток.

Словообразовательная модель фамилии типична для регионов, где русская администрация фиксировала тюркские имена с патронимическим суффиксом -ев/-ова. Встречается она преимущественно у башкир, татар, казахов, а также у народов Средней Азии, попавших в зону русского делопроизводства. Фамилия Мирембаева, скорее всего, женская форма, мужской вариант — Мирембаев.

Вероятно, предок носителя фамилии был человеком уважаемым, возможно, старшиной рода или зажиточным скотоводом. Имя Мирембай не было широко распространено, поэтому фамилия осталась локальной и редкой. Географически её стоит искать в Башкортостане, Татарстане, Оренбургской области или Казахстане. В отличие от массовых фамилий на -ов, эта сохраняет прямую связь с конкретным личным именем, не перешедшим в разряд нарицательных.

В ономастических справочниках фамилия не описана — это как раз тот случай, когда этимология восстанавливается по законам тюркской антропонимики, а не по готовым словарям. Сравнение с фамилиями Мирбаев, Мирзабаев подтверждает, что корень «мир» в тюркских именах часто указывает на происхождение из знатной или духовной среды.