Фамилия Нарымбаев происходит от тюркского составного имени Нарымбай. В основе лежат два слова: «нарим» и «бай». Первое чаще всего переводят как «дорогой» или «изящный», хотя существует и версия со значением «сильный, смелый». Второй компонент — «бай» — в тюркских языках означает «богатый, господин, хозяин», и в древности он был не просто частью имени, а знаком высокого социального статуса. Так могли называть человека зажиточного, уважаемого, либо же имя давали с пожеланием богатства и силы ребенку.

Модель образования фамилии проста и характерна для многих тюркских народов: к имени Нарымбай добавили русский патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность к отцу. То есть Нарымбаев буквально означает «сын Нарымбая». Такая схема — тюркское имя плюс русское окончание — массово закреплялась в документах в XIX — начале XX века, когда представителей кочевых и полукочевых народов Российской империи переписывали и фиксировали их имена в метриках и ревизских сказках.

Сам корень «нарым» неоднороден. В казахском и некоторых других тюркских языках встречается слово «нарым» в значении «худой, стройный», что хорошо сочетается с эпитетом «изящный». Однако в ономастике для этого корня чаще приводят параллели с монгольским «нарин», что значит «тонкий, нежный, точный». Это добавляет версии о «дорогом» или «изящном» дополнительный вес, поскольку подобные имена с пожеланием красоты и утонченности были распространены у казахов, киргизов и алтайцев.

Географически фамилия Нарымбаев наиболее типична для Казахстана, а также встречается у киргизов и среди тюркоязычного населения Сибири. Встречается и топонимическая параллель: в Западной Сибири есть историческая область Нарымский край, но связывать фамилию с ней напрямую рискованно. Скорее всего, перед нами именно антропоним, а не указание на место жительства, поскольку суффикс -бай в составе имени — один из самых продуктивных в тюркской антропонимии.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Нарымбаев стоит в одном ряду с такими как Нарымов, Нарынбаев, Нарымбетов. Все они образованы от личных имен с основой «нарым/нарын», но разные вторые компоненты (бай, бет, мурза) указывают на различные социальные оттенки: «бай» — богатство, «бет» — лицо, достоинство. В русской среде фамилия Нарымов встречается чаще и имеет отдельную историю, но для носителей фамилии Нарымбаев связь с тюркским именем остается определяющей.

Сословной принадлежности предков по фамилии точно не определить. Среди Нарымбаевых могли быть и зажиточные скотоводы, и рядовые общинники, поскольку имя с компонентом «бай» не всегда отражало реальное положение, а часто служило пожеланием или данью традиции. В советское время фамилия закрепилась в привычной форме, и сегодня ее носители живут не только в Центральной Азии, но и в России, куда переезжали в разные десятилетия.