Фамилия Рустембаев — яркий пример тюркской антропонимической модели, где личное имя соединяется с социальным статусом. Основа здесь — мужское имя Рустембай, а компонент «-бай» переводится как «господин», «богач», «хозяин». В дореволюционной кочевой среде это был не столько намёк на реальное богатство, сколько пожелание благополучия и уважения: назвать сына «Рустем-господин» значило пожелать ему достойной жизни. Само имя Рустем — древнее иранское, из эпоса «Шахнаме», где Рустам — могучий богатырь. Так что в имени сплелись два культурных пласта: иранская эпическая традиция и тюркская социальная маркировка.

Фамильный суффикс «-ев» — русский патронимический показатель, который в XIX–XX веках добавили к тюркским основам при оформлении фамилий в документах. В казахской среде, откуда, скорее всего, происходит фамилия, исходная форма звучала бы как Рустембайулы («сын Рустембая»), но при переходе в русскую административную систему её русифицировали по стандартной модели: имя + -ев. Поэтому Рустембаев — это не что иное, как «потомок Рустембая».

Интересно, что фамилия практически не встречается за пределами Казахстана и прилегающих регионов России. Это говорит о её узкой локальной привязке: носители — почти наверняка потомки казахов из Среднего или Младшего жуза, где имя Рустембай было распространено. В отличие от фамилий на «-ов» от русских имён, здесь нет вариативности с суффиксами «-ин» или «-ский» — модель образования жёсткая и однозначная.

Встречаются варианты написания: Рустембаев и реже Рустамбаев (через «а» во втором слоге). Это не ошибка, а отражение диалектного произношения: в некоторых говорах имя Рустем произносят как Рустам, что и переносится в фамилию. Оба варианта считаются корректными, но в официальных документах обычно закрепляется тот, который записан при регистрации.