Фамилия Баймухамедов образована по тюрко-персидской модели, где к основе личного имени добавляется компонент «бай» (богатый, господин) и русский патронимический суффикс «-ов». Полное значение фамилии — «сын богатого Мухаммеда» или «потомок того, кого звали Баймухамед».

В основе лежит мусульманское имя Мухаммед, которое в переводе с арабского означает «достойный похвалы». Это имя пророка ислама, одно из самых распространённых в мире. Начальный компонент «бай» — характерный для тюркских языков элемент, который в составе сложных имён часто выполнял роль усилителя или почётного титула. Имя Баймухамед буквально означает «богатый Мухаммед» или «великий Мухаммед». В дореволюционной Средней Азии и среди тюркских народов России такие двухосновные имена с «бай» нередко давали мальчикам в семьях, желавших подчеркнуть благосостояние или высокий статус.

Суффикс «-ов» — стандартный русский способ оформления фамилий, указывающий на принадлежность к роду (чей? — Баймухамедов). Таким образом, фамилия прошла типичный для восточных окраин Российской империи путь: тюркское личное имя + русский фамильный суффикс. Встречаются варианты написания Баймухамедов и Баймухаммедов (с удвоенной «м»), что связано с разной передачей арабского имени Мухаммад через тюркские языки.

Географически фамилия распространена среди народов, исповедующих ислам и говорящих на тюркских языках: чаще всего у казахов, башкир, татар, а также у узбеков. Встречается и у кавказских народов, но реже. В русскоязычной среде фамилия нередко вызывает вопросы из-за непривычного звучания, но её структура прозрачна: каждый элемент (бай + Мухамед + ов) объясним и типичен для фамилий, возникших в зоне тюрко-славянского пограничья.