Фамилия Нсанбаева — редкий пример тюркской фамилии, которая пришла в русский обиход через Казахстан и соседние регионы. Её основа — мужское личное имя Нсанбай, где первая часть «Нсан» восходит к арабскому «инсан» — «человек» (в казахском произношении звук «и» часто переходит в «ы»), а вторая — «бай» — тюркский титул, означающий «богач», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Нсанбай буквально переводится как «богатый человек» или «господин-человек», что в доисламской и исламской традициях воспринималось как пожелание достатка и уважения.

Суффикс «-ева» указывает на принадлежность: в русской грамматике это женская форма фамилии, образованная от мужской — Нсанбаев. Типичная модель для тюркских фамилий, русифицированных в XIX–XX веках: к основе на согласный добавляли русский патронимический суффикс «-ев». Мужская форма Нсанбаев означает «сын Нсанбая», женская Нсанбаева — «дочь (или жена) Нсанбая». В казахской среде до советской русификации фамилий не существовало, вместо них использовали отчества или родовые имена (ру), поэтому Нсанбаевы — это потомки конкретного человека по имени Нсанбай, чьё имя закрепилось как фамилия при паспортизации 1920–1930-х годов.

Географически фамилия тяготеет к южным и западным областям Казахстана, особенно к Кызылординской и Туркестанской областям, где имя Нсан было относительно распространено. Встречаются Нсанбаевы и среди башкир, и у татар — но там чаще форма Нсанбаев (без «а» в середине) или Нисанбаев. В русском написании через «ы» — это прямое отражение казахской фонетики, где звук «и» в начале слова оглушается.

Сословно предки Нсанбаевой, скорее всего, были скотоводами или мелкими землевладельцами — «бай» в имени указывает на определённый достаток, но не на аристократию. В родоплеменной структуре казахов носители такого имени могли относиться к разным жузам, так как имя не привязано к конкретному роду. Примечательно, что фамилия сохранила архаичное написание с «ы» — в советских документах её могли записать по слуху, и эта форма закрепилась, в отличие от более русифицированных вариантов вроде Нсанбаев.

Сегодня Нсанбаева — нечастая фамилия, и её носители могут проследить свою родословную до конкретного Нсанбая, жившего, вероятно, в конце XIX века. Других версий происхождения — от прозвища или профессии — нет, основа прозрачна и однозначна.