Фамилия Касимханова — одна из тех, где в основе лежит не просто имя, а целый титульный комплекс. Она образована от мужского личного имени Касим-хан (или Касым-хан) по стандартной русской модели: к основе прибавили суффикс -ов, а затем окончание -а, указывающее на женскую форму. Для мужчины фамилия будет звучать как Касимханов.

Первая часть, Касим (араб. Касым), переводится как «распределяющий», «раздающий», «делящий». Это одно из древних арабских имен, восходящее к эпитету пророка Мухаммеда. Вторая часть — хан — тюркский и монгольский титул верховного правителя, князя или военачальника. Соединение двух таких компонентов в одном имени — распространенная восточная традиция: имя-титул подчеркивало знатность рода или давалось в честь реального исторического правителя. Например, известно несколько ханов Золотой Орды и Казанского ханства с именем Касим (Касым), в том числе основатель Касимовского царства.

Фамилия Касимханова — яркий пример того, как на русской почве закрепилась восточная антропонимическая модель. Носители этой фамилии, скорее всего, происходят из татарской, башкирской, казахской или другой тюрко-мусульманской среды, где такие двусоставные имена были в ходу у знати и духовенства. Поскольку фамилия образована по русскому патронимическому принципу (форма на -ов), её становление шло уже после вхождения этих народов в состав Российской империи, в XVIII–XIX веках, когда фиксировали фамилии по отцу.

Географически фамилия тяготеет к регионам Поволжья, Урала и Западной Сибири — местам компактного проживания татар и башкир. Встречается она и у народов Кавказа, особенно у кумыков и ногайцев, где титул хан также имел широкое хождение. В отличие от более частых фамилий вроде Касимов, где корень просто Касим, вариант с «ханом» указывает на более высокий социальный статус предка — он мог быть не просто человеком по имени Касим, а именно Касим-ханом, то есть носителем власти или потомком правителя.

С точки зрения словообразования, фамилия примечательна тем, что сохранила полную форму сложного имени без редукции (редко бывает, чтобы оба корня остались нетронутыми). В разговорной речи её иногда сокращают до Касимха́нова или даже Каси́мова, но документально закреплён полный вариант.