Фамилия Уйсимбаев — редкая и яркая по звучанию. Её основа почти наверняка восходит к тюркскому мужскому имени Уйсимбай, которое сложено из двух частей. Первая часть, «уйсим» — это искажённое или диалектное произношение этнонима «уйсун» (варианты: уйшин, уйсюн). Уйсуны — одно из крупных и влиятельных казахских племён, входящих в Старший жуз. В казахской генеалогии уйсуны считаются прямыми потомками легендарного Алаша-хана. Вторая часть, «бай», в тюркских языках означает «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Уйсимбай буквально значило «богатый уйсун» или «господин из рода уйсун». Имя давали мальчику, чтобы подчеркнуть его родовую принадлежность и пожелать достатка.

Суффикс «-ев» в фамилии — это русский патронимический формант, который добавлялся к тюркским основам при оформлении фамилий в XIX — начале XX века, в основном в среде казахов, башкир и татар. Он указывает на происхождение от отца: Уйсимбаев — «сын Уйсимбая». Модель образования типична для региона: тюркское имя + русское окончание. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Уйсимба́ев, хотя в разных семьях возможны варианты.

Фамилия Уйсимбаев — яркий маркер происхождения из казахской степной аристократии или зажиточных скотоводов. Носители фамилии, вероятно, вели родословную от уйсунов, которые исторически кочевали в Жетысу (Семиречье) и на юге современного Казахстана. Встречается фамилия и у башкир, где имя Уйсимбай могло быть заимствовано или образовано самостоятельно от местного племенного названия «уйсун» (башкирское племя усерган иногда связывают с уйсунами, но это спорно). В любом случае, первая часть имени — не отвлечённое понятие, а конкретная родовая или племенная принадлежность, что для кочевой культуры было важнее личного прозвища.

В написании фамилии возможна вариативность: Уйсимбаев, Уйсымбаев, Уйсюмбаев. Второй вариант, с буквой «ы» в корне, ближе к казахскому произношению (Үйсімбай), где «үйсім» звучит мягче. В русской транскрипции закрепился вариант через «и» — как более привычный для письма. Среди однокоренных фамилий — Уйсимбеков, Уйсимбайулы (с казахским окончанием «-улы», означающим «сын»). Все они восходят к одному корню и указывают на принадлежность к уйсунскому роду, что делает фамилию Уйсимбаев не просто именем, а сжатой родословной в одном слове.