Фамилия Байтемеровы — одна из тех русских фамилий, которые ведут родословную не от славянского имени или прозвища, а от тюркского двусоставного имени. Её основа — имя Байтемер, которое образовано сращением двух корней: «бай» («господин, повелитель, богатый») и «темер» («железо»). В буквальном смысле имя можно перевести как «крепкий, как железо господин» или «железный владыка». Скорее всего, так называли мальчика в надежде, что он вырастет сильным телом и духом, несгибаемым человеком.

По своему типу фамилия относится к древнейшему пласту русских фамилий восточного происхождения. Корни таких фамилий уходят в XV–XVII века, когда в состав русского дворянства и служилого сословия вливались выходцы из Золотой Орды, от печенегов или половцев. Многие татарские мурзы и князья, переходя на службу к московским государям, крестились и получали поместья, а их потомки уже носили фамилии, образованные от тюркских имён предков по стандартной русской модели: имя + суффикс -ов/-ев (Байтемер → Байтемеров). Таким образом, фамилия Байтемеровы — это не случайное заимствование, а следствие многовекового соседства и смешения культур, когда тюркское имя становилось родовым знаком русского дворянского рода.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?» — сын Байтемера). Сложность составляет только сама основа, которая для русского уха звучит непривычно. Примечательно, что в отличие от многих «восточных» фамилий, которые со временем русифицировались до неузнаваемости, Байтемеровы сохранили исходное имя почти без изменений, что делает фамилию ярким памятником тюркской ономастики в русском языке. Встречается она преимущественно в регионах Поволжья и Приуралья, где исторически был высок процент тюркоязычного населения, но отдельные ветви рода рассеяны по всей России.