Фамилия Нарынбаева — женская форма фамилии Нарынбаев, и её происхождение напрямую связано с тюркскими языками, скорее всего, с казахским или киргизским. Основа фамилии — мужское имя Нарынбай, которое состоит из двух частей: «Нарын» и «бай».

Первая часть, «Нарын», — это название реки в Киргизии, а также топоним в ряде центральноазиатских регионов. В тюркских языках слово «нарын» имеет и другое значение — «тонкий», «узкий». Вторая часть, «бай», — традиционный тюркский титул, означающий «богатый», «господин», «хозяин». В составе личных имён «бай» указывало на знатность, состоятельность или просто было пожеланием благополучия. Таким образом, имя Нарынбай можно истолковать как «богатый, как Нарын» (имея в виду полноводность реки) или «тонкий (стройный) господин».

Образована фамилия по русской модели: к основе имени Нарынбай добавили суффикс -ев, характерный для фамилий, произошедших от тюркских имён на согласный. Окончание -а указывает на женский род. В среде, где фамилии начали фиксироваться в XIX–XX веках, такую форму обычно получали дочери или жёны мужчины по фамилии Нарынбаев.

Стоит обратить внимание, что фамилия Нарынбаева не является исконно русской или славянской. Её носители — преимущественно люди из Центральной Азии, в первую очередь казахи и киргизы. В русском языке она закрепилась как русифицированная запись исходной тюркской фамилии. Поскольку фамилия поздняя и локальная, в дореволюционных справочниках дворянских родов она не встречается — это фамилия крестьянского или кочевого сословия, получившая официальное оформление в советское время при паспортизации.

Географически фамилия чаще всего встречается в Казахстане (особенно в южных и восточных областях) и в Киргизии. В России она редка и сосредоточена в регионах, граничащих с Казахстаном, или в крупных городах, куда переезжали мигранты.