Фамилия Пшимбаева образована от мужской формы Пшимбаев, и её корни ведут в казахскую и шире — тюркскую ономастику. Основа «Пшым» или «Пшим» — это, скорее всего, вариант имени или прозвища, восходящего к тюркскому слову «пішім» (форма, образец, покрой) или связанного с глаголом «пішу» (резать, кроить). Вторая часть «бай» — один из самых распространённых тюркских компонентов, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, Пшимбай — это составное имя, которое можно толковать как «богатый покроем» или «образцовый хозяин», хотя в бытовом контексте оно могло закрепиться как прозвище мастера-закройщика или человека, задающего форму, порядок.

Модель образования фамилии типична для казахской и башкирской традиции: к имени Пшимбай добавляется притяжательный суффикс «-ев» (в русской записи) и окончание женского рода «-а». Это указывает на то, что фамилия принадлежит женщине или происходит от отца по имени Пшимбай. В русском делопроизводстве XIX–XX веков такие фамилии фиксировались у казахов и башкир, переходивших на оседлый образ жизни и получавших паспорта. Интересно, что суффикс «-ев» здесь стоит не за конечный согласный основы, а по аналогии с русскими фамилиями, хотя в оригинале могло бы быть «Пшимбайулы» (сын Пшимбая) — это показывает, как тюркская антропонимия адаптировалась к русской грамматике.

Географически фамилия Пшимбаева встречается в Казахстане, особенно в западных и центральных областях, а также среди башкир и татар. В России её можно найти в Оренбургской, Астраханской областях и в республиках Поволжья — там, где исторически кочевали тюркские народы. Сословно носители фамилии чаще всего были скотоводами или ремесленниками, но имя Пшимбай мог получить и уважаемый старейшина, чьё слово было «образцом» для рода. Споров о происхождении основы почти нет: «бай» бесспорен, а «пшым» редко встречается в других фамилиях, что делает Пшимбаеву уникальной по корню — это не типовое имя вроде «Алтынбай», а более редкое, привязанное к конкретному прозвищу или локальному диалекту.