Фамилия Есентемирова — женская форма фамилии Есентемиров, которая образована от мужского мусульманского имени Есентемир. Это составное имя, типичное для тюркской ономастики: первая часть, Есен, переводится как «благополучный, здоровый», а вторая, Темир, — как «железо». В тюркских культурах имена с компонентом «железо» или «сталь» традиционно давали мальчикам с пожеланием несгибаемой выносливости и крепкого здоровья. В данном случае имя Есентемир выполняло ещё и охранительную функцию: считалось, что оно привлечёт к ребёнку силу и убережёт от болезней.

Фамилия построена по русской словообразовательной модели: к основе имени добавили патронимический суффикс -ов (в женском роде — -а). Это указывает на то, что предок носителя фамилии (вероятно, в нескольких поколениях назад) носил имя Есентемир. Такая модель типична для фамилий, возникших в среде крещёных или исламизированных тюркских народов, позже вошедших в состав Российской империи: казахов, татар, башкир, ногайцев. Географически фамилия Есентемирова чаще всего встречается в Казахстане и прилегающих регионах России (Оренбургская, Астраханская области), что подтверждает её тюркское происхождение.

В отличие от многих фамилий, где значение угасает со временем, здесь прозрачная семантика сохранилась: каждый носитель фамилии буквально носит пожелание «здорового железа». При этом в русском бытовании фамилия могла писаться и как Есентемиров (мужской вариант), а в дореволюционных метрических книгах встречается также форма Есентемирев — с заменой суффикса под влиянием южнорусского произношения.