Фамилия Сарсембаева — женская форма казахской фамилии Сарсембаев, которая в свою очередь происходит от мужского личного имени Сарсембай. Это имя составное, тюркского происхождения, и его разбор даёт ключ к пониманию значения фамилии. Первая часть «сарс» (или «сарсы») — вероятно, искажённое «сәрсен» (персидское «чахаршанбе»), что означает «среда» — день недели. В казахской традиции было распространено давать имена по дню рождения ребёнка: Сәрсенбай — «богатый (мальчик), рождённый в среду». Вторая часть «бай» — древнетюркское слово «богатый, господин, хозяин», в именах часто выступало как пожелание достатка и знатного положения.

Таким образом, имя Сарсембай (в русской записи через «е» вместо «ә») буквально переводится как «богач среды» или «господин, рождённый в среду». Это типичная для кочевых народов модель имяобразования, где день недели служил оберегом или знаком судьбы. Суффикс «-ев» в фамилии — русский патронимический суффикс, добавленный при документировании казахов в Российской империи (в XIX — начале XX века). Он заменяет исконный казахский суффикс «-ұлы»/«-қызы» («сын/дочь такого-то»). Фамилия Сарсембаева означает «принадлежащая к роду Сарсембая» или «дочь Сарсембая».

Географически фамилия Сарсембаева наиболее распространена в Казахстане, особенно в западных и южных областях (Актюбинская, Кызылординская, Мангистауская). Встречается она и среди казахов, живущих в России (Астраханская, Оренбургская области). Носительницы этой фамилии — потомки людей, чьи предки носили имя Сарсембай. Сословно это могли быть как скотоводы-кочевники, так и зажиточные аульные старшины, поскольку имя «бай» часто подчёркивало социальный статус. Важно отметить, что в казахской среде фамилия не склонялась и не имела вариантов, а русский суффикс «-ева» — исключительно результат канцелярской унификации, поэтому в старой записи можно встретить написание «Сарсембаева» с «ё» или без неё, что не меняет смысла.