Фамилия Бихтимиров — редкий случай, когда тюркское имя почти без изменений перешло в русскую фамилию, минуя стадию прозвища. Основа здесь — личное имя Бихтимир. Разберём его по частям: «бих» (бек, бий — «господин», «князь») и «тимир» (темир — «железо»). Вместе получается «железный князь» или «крепкий, как железо, господин». Такие составные имена были популярны у тюркских народов, особенно в Золотой Орде и татарских ханствах, где имя должно было отражать силу и знатность.

Суффикс -ов указывает на русскую модель образования фамилий: Бихтимиров буквально означает «сын Бихтимира» или «из рода Бихтимира». Фамилия могла возникнуть в среде служилых татар или мурз, которые после присоединения Казанского и Астраханского ханств переходили на русскую службу и получали земли. В таких семьях имя отца — Бихтимир — закреплялось как фамильное прозвание.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью, в первую очередь к бывшей Казанской губернии, а также к Оренбуржью. Там осели многие татарские роды, принявшие православие или сохранившие ислам, но получившие русскую фамильную форму. Интересно, что в документах XVII–XVIII веков встречаются варианты написания: Бектемиров, Биктимиров — это фонетические разновидности одного корня. Форма «Бихтимиров» с «х» вместо «к» могла возникнуть под влиянием местного говора или при записи имени со слуха.

В отличие от фамилий на -ский, которые часто указывали на владение землёй, Бихтимиров — чисто патронимическая фамилия. Она не говорит о ремесле или внешности предка, а только о том, что его отца звали Бихтимир. Это роднит её с такими фамилиями, как Бекмурзин, Темиров или Биктимиров. Сегодня носителей фамилии немного, и они в основном сосредоточены в Татарстане, Башкортостане и соседних областях.