Фамилия Актемиров образована от мусульманского мужского имени Актемир — диалектного варианта имени Актимер. Как и многие тюркские имена, оно составное. Первая часть, «ак», восходит к древнетюркскому слову со значением «белый», «светлый», «чистый». Вторая часть — «тимер» (или «тимер») означает «железо». Один из вероятных переводов имени — «белое железо». В тюркской ономастике «железо» (темир, тимер, демир) — частый компонент имён-оберегов: считалось, что имя, связанное с металлом, даёт мальчику крепость и стойкость. А «белый» (ак) добавлял значение чистоты, благородства или удачи.

Словообразовательная модель фамилии проста и типична для русского языка: к основе Актемир добавили патронимический суффикс -ов. Такая модель была особенно распространена в среде крещёных татар, башкир и других тюркских народов Российской империи, где фамилии на -ов/-ев часто образовывали от отцовского имени. Фамилия Актемиров, скорее всего, указывает на то, что предка звали Актемир — то есть «сын Актемира».

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением: её можно встретить в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях, а также среди народов Кавказа, где имя Темир (Демир) и его производные тоже широко бытуют. Встречается она и в среде ногайцев, кумыков, казахов.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Темиров, Тимиров, Демиров, Актимеров) показывает, что Актемиров — один из вариантов, закрепившийся в русском делопроизводстве через местное произношение. В некоторых записях XIX века можно встретить написание «Ахтемиров» — с придыхательным «х» на месте тюркского «к» в начале слова, что отражает диалектные особенности произношения.

Точных сведений о сословной принадлежности первых носителей фамилии нет. Скорее всего, предки Актемировых были крестьянами или казаками, поскольку фамилии на -ов у тюркских народов фиксировались в основном после ревизий и переписей XVIII–XIX веков именно в этих слоях населения.