Фамилия Сухамбаева образована от мужского личного имени Сухамбай. Это сложносоставное тюркское имя, где первая часть «су» означает «вода», а «хамбай» восходит к слову «хам» (в тюркских языках — «сырой», «незрелый», а также «дикий», «необузданный») и компоненту «бай» — «господин», «хозяин», «богатый». В буквальном прочтении Сухамбай — «водный хозяин» или «господин сырой воды», что могло быть именем-оберегом или прозвищем человека, жившего у воды либо занимавшегося рыболовством или скотоводством на водопое.

Суффикс -ева указывает на принадлежность: Сухамбаева — «дочь (или жена) Сухамбая». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от тюркских имён, и встречается у народов Поволжья, Приуралья и Казахстана, где смешивались славянская и тюркская антропонимия. В частности, основа «Сухам-» может быть вариантом более известного имени Сухамбай, бытовавшего у башкир и татар.

Вторая версия, менее вероятная, связывает фамилию с русским прилагательным «сухой» или глаголом «сухамбать» (диалектное слово, означающее «громко кричать», «шуметь»). Однако эта гипотеза не находит подтверждения в словарях: ни в одном из доступных источников по русской диалектологии такое слово не зафиксировано, а фамилия явно тяготеет к тюркским моделям.

Фамилия редкая, её носители в основном сосредоточены в Казахстане и Оренбургской области России. По социальному происхождению предки Сухамбаевых, скорее всего, были крестьянами или казахами-скотоводами, получившими фамилию при переписях XIX века. В современных записях фамилия иногда встречается с вариантом написания Сухамбаев (для мужчин), но женская форма Сухамбаева остаётся неизменной по правилам русской грамматики.