Фамилия Нарымбаева — женская форма фамилии Нарымбаев, и её происхождение напрямую связано с мужским личным именем. Основа здесь тюркская, скорее всего, казахская или киргизская. Имя Нарымбай состоит из двух частей: «нарын» (в тюркских языках это «тонкий», «худой», а также название реки Нарын в Киргизии) и «бай» (традиционный компонент, означающий «богатый», «хозяин», «господин»). Таким образом, имя Нарымбай можно перевести как «богатый, как Нарын» или «тонкий бай» — прозвище, данное либо по месту рождения (человек с берегов Нарына), либо по внешнему признаку (худощавый, стройный).

Модель образования фамилии — прибавление к основе имени русского патронимического суффикса -ев (в мужском варианте Нарымба-ев, в женском — Нарымба-ева). Это типичный случай для XIX–XX веков, когда кочевые народы Средней Азии и Казахстана получали русские фамилии при переписях и оформлении документов. Суффикс -ев указывает на принадлежность: буквально «сын (или дочь) Нарымбая».

Географически фамилия Нарымбаева встречается прежде всего в Казахстане (особенно в южных и восточных областях, близких к реке Нарын) и в Киргизии. В России она редка и фиксируется в основном среди переселенцев из этих республик или их потомков. Социально носители фамилии, скорее всего, происходят из скотоводческих или земледельческих родов, где имя «бай» указывало на зажиточность или уважение в общине.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Нарымбаев/Нарымбаева стоит в ряду таких фамилий, как Нарынбаев, Нарынбеков, Нарынтаев. Все они образованы от имён с первой частью «нарын» и разными вторыми компонентами («бек», «тай»). Разница в суффиксе (у Нарымбаева — -ев, у Нарынбаева — тоже -ев) не принципиальна: это вариации одной и той же модели, а вот вторая часть имени различает родственные линии. Фамилия Нарымбаева — не самая распространённая, но её корень прозрачен и сразу отсылает к географическому или личному признаку предка.