Фамилия Байтимирова — женская форма фамилии Байтимиров, которая восходит к составному мужскому имени Байтимир. В основе этого имени лежат два тюркских элемента. Первый — «бай», что в древнетюркском означало «богатый, могущественный человек, господин». Второй — «тимир», вариант имени Тимур, заимствованного из арабского и означающего «железо, железный». Складываясь, имя Байтимир давало значение «железный господин» или «сильный господин».

Родители, называя сына Байтимиром, вкладывали в имя пожелание: чтобы мальчик вырос крепким телом и духом, несгибаемым, как железо. Такие двусоставные имена с компонентом «бай» — типичная тюркская модель именования, распространённая у многих народов Поволжья, Урала и Средней Азии: башкир, татар, казахов. В отличие от русских фамилий, которые часто образовывались от прозвищ или профессий, Байтимирова — пример фамилии, напрямую связанной с личным именем предка.

Суффикс «-ов(-а)» указывает на принадлежность: буквально «из рода Байтимира». Фамилия могла закрепиться в нескольких поколениях, когда имя основателя рода перестало быть личным и стало наследственным. Точное время и место возникновения рода Байтимировых можно установить только через генеалогические исследования, но сам тип фамилии говорит о том, что её носители происходят из среды, где были сильны тюркские языки и мусульманская традиция именования.