Фамилия Алтемиров — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней нет привычного славянского имени или прозвища, и её основа заставляет заглянуть в тюркские языки.

Скорее всего, в основе лежит мужское имя Алтемир или Алтамир. Оно составное: первая часть «ал» в тюркских языках означает «алый», «красный» или «богатырь» (ср. Алп-батыр), а «темир» — «железо». Вместе имя можно перевести как «красное железо» или, что правдоподобнее, «железный богатырь». Такие имена-композиты были распространены у народов Северного Кавказа, татар, башкир, ногайцев. У них имя часто служило оберегом или пожеланием силы.

Суффикс -ов указывает на русскую модель оформления фамилии. Когда носители тюркских имён попадали в русскую среду или переходили в православие, их отчества и фамилии русифицировали, добавляя стандартный суффикс принадлежности. Таким образом, Алтемиров — это буквально «сын Алтемира».

Географически фамилия тяготеет к регионам смешанного славяно-тюркского населения: Поволжье, Приуралье, отчасти Северный Кавказ. Встречается она нечасто, что подтверждает её локальный характер.

Менее вероятная версия выводит корень из арабского «аль-Амир» (повелитель) через искажение при записи. Но форма «Алтемир» в тюркских языках зафиксирована в документах XVII–XVIII веков, поэтому версия с «железом» и «богатырём» выглядит убедительнее.