Фамилия Байлимова женского рода — парная к мужской Байлимов. Основной вопрос, который встаёт при её разборе: что скрывается за корнем «байлим»? Слово не укладывается в привычные модели русских прозвищ от профессий или внешности, и это сразу указывает на иноязычное происхождение.

Скорее всего, основа восходит к тюркским языкам. «Бай» — распространённый компонент тюркских имён и прозвищ, означающий «богатый», «господин», «хозяин». Вторая часть «-лим» может быть вариантом слова «илим» (знание, наука) или «элим» (мой народ, моя страна). Тогда Байлим — составное имя, которое можно перевести как «богатый знанием» или «владыка народа». Такие двухосновные имена типичны для башкирской, татарской, казахской антропонимии.

Суффикс «-ов» (в женском роде «-ова») — классический русский патронимический формант, который присоединяли к иноязычным основам при оформлении фамилий, особенно в среде крещёных татар и башкир. То есть предок носителя фамилии, вероятно, звался Байлимом, а его дети и внуки стали Байлимовыми. Фамилия могла возникнуть в Оренбургской, Уфимской или Казанской губерниях, где смешение тюркского и русского населения было обычным делом в XVIII–XIX веках.

Есть и менее вероятная версия — от диалектного глагола «байлить» (болтать, пустословить), но она слаба, так как такого глагола нет в литературном языке, а суффикс «-им» нехарактерен для русских прозвищ. В любом случае, фамилия Байлимова — яркий пример того, как тюркское личное имя обрело русское фамильное окончание и закрепилось на карте России.