Фамилия Цимбалев — это яркий пример того, как прозвище, основанное на музыкальном инструменте, стало наследственным именем. В основе лежит слово «цимбалы» — струнный ударный инструмент, распространённый у восточных и южных славян, а также у молдаван, венгров и румын. Прозвище Цимбалист или просто Цимбал давали музыканту, который играл на цимбалах, либо мастеру, который их изготавливал или настраивал. Суффикс -ев указывает на притяжательную форму: «чей сын?» — Цимбалев, то есть потомок человека по прозвищу или имени Цимбал.

Модель образования здесь типична для русских фамилий, но сам корень — неисконно славянский. Слово «цимбалы» восходит к греческому «кимвал», через польское или украинское посредство. В украинском и белорусском языках слово «цимбал» бытовало и как прозвище для болтливого человека (от глагола «цимбалити» — тараторить, звенеть), но эта версия менее распространена, так как первичное значение — инструмент — фиксируется в письменных источниках раньше. В пользу музыкального происхождения говорит и то, что фамилия нередко встречается в тех регионах, где цимбалы были традиционны: на юге России, в Беларуси, на Украине, а также среди казачества.

В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «ы» — Цымбалев, что отражает южнорусское или украинское произношение. Аналогичные фамилии — Цимбалов, Цимбалюк, Цимбалистый — образованы от того же корня, но с разными суффиксами, характерными для разных славянских традиций. Цимбалев — это именно русская форма с патронимическим суффиксом -ев, которая закрепилась в центральных и южных губерниях.

Сословно фамилия не была элитарной: предки-носители, скорее всего, принадлежали к крестьянам, мещанам или казакам. В дворянские родословные книги Цимбалевы не попали, что подтверждает их происхождение из профессиональных прозвищ. Встречается фамилия нечасто, но стабильно в Краснодарском крае, Ростовской области и на Украине — это маркирует регион, где цимбалы были частью бытовой музыки.