Фамилия Битимиров — нечастая, но прозрачная по составу. Она образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который в данном случае прикреплён к основе Битимир. Это указывает, что в основе лежит личное имя или прозвище Битимир, а сама фамилия могла означать «сын Битимира» или «потомок Битимира». Ударение, скорее всего, на третий слог: Битими́ров.

Самая вероятная версия происхождения основы — тюркская. Имя Битимир встречается у татар, башкир и других тюркских народов. Оно составное: первая часть «бити» (или «бети») может восходить к тюркскому слову со значением «писать, письмо» (ср. татарское «бет» — страница, лист, или «бит» — лицо, страница), а вторая часть — «мир» — хорошо известный компонент арабского происхождения, означающий «мир, вселенная, свет». В тюркских именах «мир» часто входило в состав пожелательных имён, означая «благополучие, покой». Таким образом, Битимир можно перевести как «пишущий мир» или, более образно, «свет письма». Встречается и вариант толкования, где «бити» — это искажённое «батир» (богатырь), но это менее убедительно, так как форма «Битимир» устойчиво фиксируется в исторических записях.

Изначально это было личное имя. В дореволюционной России у тюркских народов, принявших православие, такие имена нередко становились фамилиями. Поэтому предки носителей фамилии Битимиров — скорее всего, крещёные татары, мишари или представители других тюркоязычных групп, жившие в Поволжье или на Урале. Фамилия сохранила родовое имя, которое уже само по себе было редким и, возможно, указывало на грамотность или книжность предка — в среде, где письменность была уделом немногих, имя «Пишущий мир» звучало как отличительный знак. Сейчас Битимировы встречаются в основном в Татарстане, Башкортостане и в соседних областях России, что подтверждает географию исходного ареала.