Фамилия Цимбаевы — редкий случай, когда основа почти наверняка указывает на конкретное ремесло, но с неожиданным географическим поворотом. Вопреки первому впечатлению, корень здесь не тюркский и не кавказский, а цыганский. Слово «цымбал» (или «цимбал») в цыганских диалектах и в русских говорах, испытавших их влияние, означает музыкальный инструмент — цимбалы. Соответственно, прозвище Цимбай (или Цымбай) получал либо странствующий музыкант, игравший на цимбалах, либо мастер, который их изготавливал и настраивал. Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе на -ай добавили патронимический суффикс -ев (Цимбай → Цимбаев → Цимбаевы), то есть буквально «дети Цимбая».

География фамилии подтверждает эту версию. Основной массив Цимбаевых исторически фиксируется не в степях или на Кавказе, а в центральных и южных регионах России, где цыганские таборы были частым явлением, — в Воронежской, Тамбовской, Саратовской губерниях. Прозвище, скорее всего, давали не цыгану, а русскому крестьянину, который перенял цыганское ремесло или внешний признак (например, любовь к музыке). Второй, менее вероятный вариант — связь с диалектным глаголом «цымбать» (в некоторых говорах — «стучать», «брякать»), но он не даёт убедительной мотивации для прозвища, в отличие от яркой профессиональной приметы.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий второй половины XVII–XIX веков, когда прозвища на -ай активно переходили в наследственные фамилии. Суффикс -ев, а не -ов, указывает на мягкую основу (Цимбай, а не Цимба). В написании встречается вариант «Цымбаевы» (через Ы), что отражает народное произношение, но в документах чаще закреплялась форма через И. Социальный состав носителей — преимущественно крестьяне и мещане, дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Таким образом, Цимбаевы — это потомки человека, которого в деревне знали как Цимбая, то есть музыканта, чей инструмент и прозвище пришли из цыганской среды.