Фамилия Баймахан — редкая для русской ономастики, и её происхождение напрямую связано с тюркскими языками. В отличие от большинства русских фамилий на -ов или -ин, она не прошла стандартную адаптацию и сохранила исходную форму имени, которое легло в основу. Это так называемая «неоформленная» фамилия — без суффикса, который указывал бы на принадлежность («чей сын?»). Такие фамилии встречаются у тюркских народов, входивших в состав Российской империи, и часто указывают на конкретное лицо — предка-родоначальника.

В основе фамилии лежит составное тюркское имя Баймахан. Первая часть, «бай», в тюркских языках означает «богатый», «господин», «могущественный» — это распространённый компонент в именах (ср. Баймурат, Байбатыр). Вторая часть, «махан» (или «хан»), восходит к титулу правителя, владыки. Таким образом, имя Баймахан можно перевести как «богатый хан» или «могучий правитель». Скорее всего, это не прозвище, а личное имя, данное ребёнку с пожеланием богатства и власти, которое затем закрепилось за его потомками как фамильное.

География фамилии указывает на Казахстан и Среднюю Азию, реже — на тюркоязычные регионы России (Татарстан, Башкортостан). В русских документах XIX — начала XX века такие фамилии могли фиксироваться при переписях или записи в метрические книги, если носитель переходил в православие или поступал на государственную службу. Поскольку фамилия не получила русского суффикса, можно предположить, что её носители долгое время жили в среде, где не требовалась полная русификация фамилий, или же фамилия закрепилась в советское время, когда национальные формы стали записывать без изменений.

Социальный статус предков Баймаханов, скорее всего, был разным. Имя «Баймахан» мог получить как сын зажиточного скотовода или родового старшины, так и человек, не имевший реальной власти, — в тюркской традиции имена с компонентом «хан» давали и простолюдины, вкладывая в них пожелание, а не констатацию факта. Встречаются также варианты написания с буквой «к» — Баймакан, что связано с особенностями произношения в разных диалектах. Фамилия Баймахан — один из примеров того, как тюркская антропонимия сохранила свою структуру даже в окружении русской фамильной системы.