Фамилия Сарсенбиев — характерный пример фамилии, возникшей в казахской среде и закрепившейся в русской официальной антропонимике в советский период. Её основа — мужское личное имя Сарсенби, которое распространено у казахов и некоторых других тюркских народов.

Имя Сарсенби составное. Первая часть, «Сарсен», — это вариант имени Сарсенбай, где «сарсен» восходит к персидскому «чахаршанбе» — «среда» (день недели). По народной традиции, так называли мальчика, родившегося в среду. Вторая часть, «би», — тюркский социальный термин, означающий «князь», «господин», «начальник» или «судья-бий». Таким образом, имя Сарсенби можно перевести как «князь, рождённый в среду» или «господин среды». Это типичная для тюркской ономастики модель, где к указанию на день рождения добавляется почётный титул.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или «й» (в имени Сарсенби конечный «и» в русской передаче часто осмысляется как мягкий знак или окончание, но суффикс -ев стандартен для фамилий от основ на -й). Суффикс указывает на принадлежность: Сарсенбиев — «сын Сарсенби» или «из рода Сарсенби». В самой казахской среде фамилии в современном виде появились поздно, в основном в 1920–1930-е годы, поэтому данная фамилия — результат официальной русификации отчества.

Географически фамилия Сарсенбиев тяготеет к Западному Казахстану, особенно к Атырауской и Мангистауской областям, а также встречается среди казахов Оренбургской и Астраханской областей России. Носители фамилии, скорее всего, происходят из рода, где имя Сарсенби было наследственным или очень уважаемым, и их предки могли занимать положение биев (судей или старейшин) либо просто быть уважаемыми скотоводами. Встречается и вариант написания Сарсенбаев — от полной формы имени Сарсенбай, что фонетически и морфологически однотипно.