Фамилия Длимов образована от прозвища, которое, скорее всего, дали высокому и худощавому человеку. В основе лежит прилагательное «длинный» в его старом, просторечном произношении — «длимый» или «длёмый». В русских говорах слово «длимый» означало именно «длинный», «протяжённый», и такое прозвище было прямым указанием на рост или на худобу, из-за которой человек казался выше.

Модель образования проста и типична для русских фамилий: к основе прозвища Длим прибавили патронимический суффикс -ов. Такой суффикс носили в основном крестьяне, мещане и духовенство, реже — дворяне. Фамилия Длимов буквально значит «сын Длима» или «из рода Длима». Сокращение корня до «дл-» — не редкость: в старых документах встречаются формы «длъгъ» (долгий), откуда пошло и «длинный», и «длимый».

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украине. В ревизских сказках XIX века Длимовы чаще всего фиксировались в Воронежской, Курской и Харьковской губерниях — на территории, где аканье и смягчение согласных давало формы вроде «длимый». Никакой связи с тюркскими или кавказскими корнями здесь нет, хотя на слух фамилия может показаться нерусской из-за редкого сочетания «дл-».

Встречается и альтернативная версия: от глагола «длить» — то есть тянуть время, медлить. В этом случае Длимом могли прозвать неторопливого, задумчивого человека. Но эта гипотеза слабее: прозвища от глаголов обычно образуются через суффиксы деятеля («Длитель»), а не через усечённую основу.

Однокоренные фамилии — Длинов, Длиняев, Длинников — все они ведут происхождение от той же идеи длины или роста. Длимов среди них самая компактная и звонкая, и, возможно, именно поэтому она не исчезла, а сохранилась до наших дней.