Фамилия Бимяевы — редкий случай, когда основа не поддаётся однозначной славянской этимологии. Самая вероятная версия: в её основе лежит тюркское мужское имя Бимяй. У тюркских народов, особенно в Поволжье (татары, башкиры, чуваши), распространены имена с компонентом «би» — от «бий» (князь, господин) или «бир» (дай). Имя Бимяй могло означать «дай мне» (обращение к божеству с просьбой о ребёнке) или быть сложением «би» + «мяй», где вторая часть восходит к арабскому «май» (вода, источник жизни). В любом случае, это именование, а не прозвище по профессии.

Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Бимяй добавили суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Такое оформление типично для фамилий нерусского происхождения, которые попали в русскую среду: предок Бимяй, его дети стали Бимяевыми. Суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Бимяев, то есть сын Бимяя.

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением — Татарстану, Башкортостану, Чувашии, а также к Оренбургской области. Встречается она крайне редко: по открытым данным, носителей — не более нескольких сотен, и почти все они сосредоточены в Поволжье и Приуралье. Это говорит о том, что фамилия не получила широкого распространения за пределами локальной общины.

Второстепенная, но не исключённая версия: основа могла быть финно-угорской (марийской или удмуртской), где «би» — «вода» или «река», а «мяй» — «место». Тогда Бимяй — прозвище человека, жившего у реки. Однако тюркская версия правдоподобнее, так как модель «би» как «князь» или просьба о ребёнке хорошо документирована в тюркской антропонимии.

Сословно фамилия не маркирована: Бимяевы могли быть как крестьянами, так и мещанами. В дворянских родословных книгах она не упоминается. Судя по редкости, фамилия не прошла через массовую унификацию XIX века, а осталась в узком кругу семей, сохранивших исходное имя в качестве родового.