Фамилия Байтимировы ведет начало от тюркского мужского имени Байтимир. Его разбирают на две смысловые части: «бай» и «Тимир». «Бай» в древнетюркском означало «богатый, могущественный человек, господин». Имя Тимир — вариант арабского Тимур, то есть «железо, железный». Следовательно, имя Байтимир можно перевести как «железный господин» или «сильный господин». Скорее всего, родители давали такое имя сыну с пожеланием, чтобы он вырос крепким телом и духом, несгибаемым как металл.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов, который добавлялся к полной форме имени основателя рода. Таким образом, Байтимировы — это буквально «потомки Байтимира». Сведения о восточном происхождении фамилии подтверждаются самим именем родоначальника.

Своими корнями фамилия уходит в XV–XVII века, когда тюркские имена активно проникали в русскую среду. Этому способствовал исторический факт: многие дворяне в России были нерусскими по происхождению. Выходцы из Золотой Орды, от печенегов или половцев, поступая на русскую службу, получали поместья и основывали роды, оставляя свои имена в фамилиях. Байтимировы — один из таких памятников восточной письменности и культуры, закрепившийся в русской ономастике.