Фамилия Нисенбаев — яркий пример того, как еврейская фамильная модель прижилась в тюркской языковой среде. Её основа — мужское личное имя Нисен (вариант Нисан), которое восходит к названию весеннего месяца нисан по еврейскому календарю. В традиции ашкеназских евреев мальчика, родившегося в этом месяце, часто называли Нисон или Нисен. К имени добавился тюркский компонент -бай, который в дореволюционной Средней Азии и Поволжье означал «хозяин», «господин», «богач» или просто был уважительным элементом составных имён (ср. Турабай, Ахметбай, Исламбай). Таким образом, Нисенбай — это двусоставное имя-прозвище, буквально «господин Нисен» или «Нисен-богач». А фамилия Нисенбаев — это уже русский патроним на -ов, отвечающий на вопрос «чей?»: сын Нисенбая, потомок Нисенбая.

Географически фамилия почти наверняка сформировалась в среде бухарских евреев — еврейской общины Средней Азии, говорившей на бухарско-еврейском диалекте (близком к таджикскому) и жившей на территориях современных Узбекистана, Таджикистана и южного Казахстана. У бухарских евреев было принято добавлять к еврейским именам персидские и тюркские компоненты, в том числе -бай. Именно оттуда, после вхождения региона в состав Российской империи, фамилия в русифицированной форме Нисенбаев попала в общероссийский документооборот. Встречается она и у татар, но в этом случае происхождение сложнее: либо через смешанные браки, либо как редкий случай, когда мусульманская семья взяла имя Нисен (возможно, по созвучию с арабским корнем) и оформила его по той же тюркской модели.

С точки зрения словообразования фамилия трёхслойна: еврейский корень, тюркский суффикс-определитель, русское фамильное окончание. Такие гибриды — редкость даже на фоне многонациональной России. Суффикс -баев (от -бай) указывает на то, что фамилия не могла возникнуть раньше XIX века, когда у бухарских евреев начали массово закрепляться наследственные фамилии по русскому образцу. До этого человека звали просто Нисенбай, добавляя имя отца.

Фамилия не получила широкого распространения в центральной России. Её носители — почти поголовно потомки выходцев из Самарканда, Бухары, Коканда. В советское время многие переехали в Москву, Ташкент, а после распада СССР — в Израиль, США и Германию. Если вы Нисенбаев, ваши предки с большой вероятностью принадлежали к бухарско-еврейскому купеческому или ремесленному сословию, говорили на нескольких языках и жили на перекрёстке культур.