Фамилия Исимова — женская форма фамилии Исимов. В основе её лежит мужское личное имя Исим, которое в русской традиции чаще всего выступало как вариант имени Исай (библейское имя, означающее «спасение Господне»). В тюркских языках, особенно в казахском и башкирском, имя Исим (Есим) имеет самостоятельное значение: «спутник», «друг» или восходит к древнетюркскому корню со значением «здоровый, крепкий». Поэтому у фамилии Исимова две равновероятные линии происхождения — славянская (крестильная) и тюркская (доисламская или мусульманская).

Модель образования типична для восточнославянских фамилий: суффикс -ов/-ев присоединялся к основе Исим, образуя притяжательное прилагательное («чей?» — Исимов сын). Такая форма закрепилась за потомками человека по имени Исим. В русском ономастиконе фамилии на -ов редко бывают «чисто» русскими, если основа явно не славянская; здесь мы видим адаптацию иноязычного имени через стандартную фамильную модель.

Географически фамилия Исимова распространена в Поволжье (Татарстан, Башкортостан), на Южном Урале и в Казахстане. В русских переписных книгах XVII–XVIII веков имя Исим встречается у служилых татар, башкир и крещёных инородцев, что указывает на возможное происхождение носителей из среды казачества или ясачных крестьян. Встречается и вариант Исимов — без изменения окончания для женской формы.

Сравните с однокоренными фамилиями: Исаев (от Исай), Исимов (от Исим), а также Ишимов (от гидронима Ишим или тюркского имени Ишим). Разница в написании может указывать на региональные диалектные особенности: в башкирском языке звук [с] в середине слова часто переходит в [ш], поэтому фамилия могла записываться как Ишимов, но в документах закрепилась форма Исимов. Таким образом, носительница фамилии Исимова может иметь предков как из православных крестьян, так и из тюркских родов, принявших христианство или оставшихся в мусульманской среде.