Фамилия Нусибалиев — одна из тех, чью основу не разгадать без обращения к восточным именам и языкам. Это фамилия тюркского или иранского происхождения, и её ядро — личное имя Нусибали. Оно, в свою очередь, составное: первая часть «Нусиба» (или «Нусиб») восходит к арабскому «насиб» — «доля, удел, счастье, судьба». Вторая часть — «али» — это распространённый в мусульманских именах компонент, означающий «возвышенный, высокий» (от арабского «алий»). Таким образом, имя Нусибали можно истолковать как «счастливая доля» или «высокое предназначение».

Фамилия образована по типичной для многих народов Кавказа и Средней Азии модели: к имени отца (Нусибали) прибавляется русский суффикс -ев, который в советское время стал стандартным оформлением фамилий. Без этого суффикса фамилия звучала бы как Нусибали, но в русской паспортной системе добавление -ев закрепило её в форме Нусибалиев. Интересно, что в некоторых записях можно встретить вариант Нусибалиев с ударением на последний слог, но в русском языке оно чаще падает на третий слог — Нусиба́лиев.

Географически фамилия тяготеет к Дагестану, где распространены лезгинские и аварские фамилии с подобной структурой. Встречается также у чеченцев и ингушей, но реже. Нусибалиев — фамилия относительно редкая, и это указывает на то, что её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких родов, где имя Нусибали передавалось как родовое. В отличие от массовых фамилий, образованных от распространённых имён (Магомедов, Алиев), Нусибалиев сохраняет связь с конкретным предком, которого так звали.

С точки зрения словообразования, фамилия не содержит дополнительных суффиксов, указывающих на профессию или сословие. Она — чистый патроним: «сын Нусибали». Поэтому главный вопрос для потомка — не кем был предок, а что означало его имя. Имя Нусибали — это пожелание удачи и высокого статуса, и фамилия сохранила это пожелание через поколения.