Фамилия Уйсимбаева — яркий пример модели, в которой тюркское имя-основа соединилась с русским патронимическим суффиксом. Если снять окончание -а, указывающее на женский род (Уйсимбаев — мужской вариант), остаётся основа Уйсимбай. Это сложносоставное имя, типичное для казахской и башкирской антропонимии: первая часть «уй» восходит к слову «ой» (мысль, ум), вторая — «симбай» (или «сим», «симбай») — редко встречающийся компонент. Вместе имя Уйсимбай могло означать «умный, как Симбай» или «мыслящий бай», где «бай» — богатый, господин.

Словообразовательная модель проста: к основе Уйсимбай прибавили суффикс -ев, который в русской традиции закрепился за фамилиями, образованными от основ на мягкий согласный или -й. В данном случае -й перешёл в -ев, что дало Уйсимбаев. Это типично для русификации тюркских фамилий: так же появились, например, Темирбаев или Ахметбаев. Суффикс -ин здесь был бы маловероятен, так как он присоединяется к основам на твёрдый согласный.

Географически фамилия Уйсимбаева почти наверняка связана с Казахстаном или прилегающими регионами Южного Урала, где распространены подобные составные имена. В русских переписях XIX века такие фамилии фиксировались редко, потому что оседлые казахи и башкиры массово получали русские фамилии не по имени отца, а по прозвищу или роду. Уйсимбаев могла возникнуть как фамилия-патроним, когда сына Уйсимбая записали как Уйсимбаев, а позже она закрепилась за потомками.

Спорных версий происхождения немного. Можно предположить, что «уй» — это не «ум», а «дом» (тюрк. «үй»), тогда Уйсимбай — «домашний бай» или «бай дома». Но в контексте личных имён вариант «мысль» выглядит убедительнее: тюркские имена часто строятся на абстрактных понятиях, а привязка к дому дала бы скорее прозвище, чем имя.

Социальный статус предков — скорее всего, зажиточные скотоводы или родовая знать: компонент «бай» в основе прямо указывает на состоятельность. Но сословная принадлежность Уйсимбаевых не зафиксирована в дворянских родословных книгах, так что речь идёт о свободных крестьянах или казахах-кочевниках, принявших оседлость.