Фамилия Зембулатова — женская форма фамилии Зембулатов, которая встречается редко и имеет ярко выраженный кавказский след. Её основа — составное имя Зембулат, которое в тюркских и кавказских языках распадается на две части: «зем» (вариант «дзем» или «дем») и «булат» (сталь, булат). Первая часть восходит к персидскому «джан» — душа, жизнь. Таким образом, Зембулат буквально означает «булатная душа» или «стальная душа» — образное пожелание твёрдости, несгибаемости и благородства. Встречаются параллельные формы: Дзембулат, Джамбулат, Ямбулат.

Модель образования фамилии — русский патронимический суффикс -ов/-ев, который присоединили к тюркскому имени. В XIX — начале XX века, когда горцы Северного Кавказа входили в состав Российской империи и получали документы, их личные имена часто русифицировали: к имени отца добавляли русское окончание. Так имя Зембулат превратилось в фамилию Зембулатов, а для женщин — Зембулатова.

Учитывая географию распространения, фамилия Зембулатова характерна для народов Дагестана, Чечни, Ингушетии, а также для осетин и балкарцев. Среди носителей встречаются как мусульмане, так и православные, принявшие крещение в XIX веке. В дореволюционных метрических книгах фамилия могла писаться через «с» — Сембулатов, а также с удвоенной «т» — Зембулаттов, что связано с особенностями передачи гортанных звуков на письме.

Суффикс -ов указывает на то, что фамилия оформилась в русской канцелярской традиции, а не в местной. Это отличает её от кавказских фамилий на -швили, -дзе или -оглы. В советское время фамилия не получила массового распространения за пределами Кавказа, поэтому Зембулатова — верный маркер того, что предки, скорее всего, жили в горных аулах и занимались скотоводством, земледелием или военным делом.