Фамилия Касимцев образована от мужского имени Касим, которое в переводе с арабского означает «распределяющий, разделяющий». В русской истории это имя известно прежде всего по ордынскому царевичу Касиму, сыну хана Улу-Мухаммеда. Согласно летописям, он прибыл к великому князю Василию Темному в 1446 году, а в 1449-м участвовал в походе против Шемяки и разбил татар хана Сеид-Ахмеда на реке Пахре. За службу Касим получил от князя городок Мещерский (Городец) на Оке, позже названный Касимовым. Отсюда и двойная связь фамилии: с личным именем и с названием города, где мог жить предок.

Суффикс -цев указывает на принадлежность к определённой местности или роду. В русской ономастике такие фамилии часто отвечали на вопрос «чей?» — чей сын, чей человек. Касимцев — буквально «сын Касима» или «выходец из Касимова». Вторая версия правдоподобнее для массового бытования: так могли называть переселенца из города Касимова в другие земли. Форма с суффиксом -цев (а не, скажем, -ов или -ин) характерна для фамилий, образованных от географических названий на -ов, -ев (Касимов → Касимцев).

Встречается фамилия преимущественно в центральной России и Поволжье, что совпадает с историческим ареалом Касимовского ханства — территории, где жили татарские служилые люди и их потомки, принявшие православие и русские фамильные модели. При этом имя Касим бытовало и у русских крестьян как крестильное (хотя и редкое), так что часть носителей фамилии может не иметь татарских корней, а происходить от человека, которого в семье звали Касимом.

Спорных версий у фамилии немного: основная дискуссия — считать ли её «географической» (от Касимова) или «патронимической» (от личного имени). Ономасты (например, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») отмечают, что суффикс -цев чаще указывает на топоним, чем на отчество, поэтому первая версия выглядит убедительнее. В любом случае ядро одно — имя Касим, которое в тюркской и арабской традиции остаётся распространённым до сих пор.