Фамилия Бимбалова — женская форма фамилии Бимбалов, а та, в свою очередь, образована от прозвища или имени Бимбал. Слово «бимбал» в русских говорах не встречается, и корень здесь, скорее всего, тюркский. В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) основа «бим-» или «бем-» часто связана с понятием «тысяча» или «десять тысяч» (бенг, биң), а «бал» означает «мёд», «сладкий» или в переносном смысле — «сладкоречивый», «льстец». Таким образом, Бимбал может быть сложением двух корней: «бим» (тысяча) + «бал» (мёд) — «тысяча сладостей», то есть прозвище очень обходительного, угодливого человека. Правдоподобнее другая версия: в основе лежит имя Бимбал, которое могло быть прозвищем по роду занятий — например, бортника (собирателя мёда) или торговца сладостями, где первая часть указывает на масштаб («тысячник», крупный торговец).

Суффикс -ов в фамилии Бимбалов указывает на типичную русскую модель образования от отчества: «чей?» — Бимбалов, то есть сын Бимбала. Женская форма Бимбалова — это жена или дочь Бимбалова. Географически фамилия редкая, её очаги, вероятно, находятся в регионах Поволжья или Приуралья, где исторически тесно переплетались русское и тюркское население — например, в Оренбургской, Самарской областях или Татарстане. Встречается она и среди казаков, что подтверждает её прозвищное происхождение: казаки часто давали прозвища по внешним признакам или характеру.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Бимбаев, Бимбаков) показывает, что основа «бимб-» в русской ономастике не имеет славянской этимологии и почти всегда ведёт к тюркским заимствованиям. Никаких документальных свидетельств о дворянском происхождении Бимбаловых нет — это фамилия крестьянская или мещанская, возникшая не ранее XVII века, когда у простых людей начали закрепляться фамилии по отцу или по прозвищу. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Бимба́лова, хотя в устной речи возможны варианты под влиянием местных говоров.