Фамилия Байтемиров — типичный пример тюркской модели образования фамилий, где суффикс -ов указывает на принадлежность к роду. Её основа — составное имя Байтемир, которое складывается из двух корней: «бай» (господин, повелитель, богатый) и «темир» (железо). Такие двухкорневые имена были распространены у тюркских народов, и их не переводили буквально — за ними стояло пожелание. Называя сына Байтемиром, родители вкладывали надежду, что он вырастет человеком крепким телом и духом, несгибаемым, как железо, и при этом достойным положения господина.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: к личному имени Байтемир добавили русский патронимический суффикс -ов, который в XIX–XX веках закрепил фамилию за потомками. Встречаются и варианты Байтемиров — с ударением на второй или третий слог, что зависит от диалекта. Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили тюркские народы: Поволжье, Урал, Северный Кавказ, а также Казахстан и Средняя Азия. В русских документах фамилия фиксируется с конца XIX века, когда у тюркских народов начали массово оформлять фамилии по русскому образцу.

Стоит отметить, что имя Темир (в разных вариациях — Тимур, Демир) — одно из самых популярных в тюркской ономастике, а сочетание с «бай» придаёт ему социальный оттенок: не просто «железо», а «господин-железо». Это могло указывать и на род занятий предка — кузнеца или воина, но скорее отражает общую традицию давать детям «сильные» имена.