Фамилия Сайрамбаев — редкий случай, где географическое имя почти наверняка перешло в фамилию. Её основа — топоним Сайрам. Это название древнего города на юге современного Казахстана, в окрестностях Шымкента. Сайрам упоминается в средневековых источниках как крупный торговый центр на Шёлковом пути. Жителей этого города называли сайрамцами или сайрамлы, а выходца оттуда — Сайрамбаем. Суффикс -бай в составе фамилии — типичный для тюркской антропонимии компонент, означающий «богатый», «хозяин», «господин» или просто усилительная частица при имени. В данном случае «Сайрамбай» — это прозвище человека, который либо родился в Сайраме, либо имел с ним прочную связь: владел там землёй, торговал или переселился оттуда.

Русский суффикс -ев присоединился к основе Сайрамбай по стандартной модели: так образованы тысячи фамилий от тюркских имён (например, Ахметбаев, Тулебаев). Важно, что фамилия не содержит указания на отчество — она напрямую происходит от прозвища, а не от имени отца. Это отличает её от массы фамилий на -ов/-ев, восходящих к крестильным именам.

Встречается фамилия почти исключительно у казахов, реже у каракалпаков и узбеков. В России носители Сайрамбаевых сосредоточены в Оренбургской, Астраханской областях и в Татарстане — регионах с давними связями с казахскими степями. В дореволюционных метрических книгах фамилия почти не фиксируется: она оформилась в советское время, когда паспортизация закрепила родовые прозвища в официальном виде. Таким образом, предки носителя фамилии — это не обязательно знать или кочевая аристократия, скорее всего, зажиточные горожане или торговцы из Сайрама, чьё прозвище со временем стало наследственным.