Фамилия Кулимзина — женская форма фамилии Кулимзин. Её происхождение напрямую связано с тюркскими языками, и это сразу сужает круг поиска. Основа фамилии — мужское личное имя Кулимзи, которое, скорее всего, является сложносоставным. Разбираем его по частям: «Кул» (в тюркских языках — «раб», «слуга», часто в религиозном контексте «раб Божий») и «имзи» (вероятно, искажённая форма от «имся» — «имя», «знак» или «метка»). В совокупности имя Кулимзи могло означать «раб (Божий) по имени» или «отмеченный слуга», что типично для имён-оберегов в мусульманской среде.

Суффикс «-ин» в фамилии Кулимзин указывает на древнейшую русскую модель образования: принадлежность к отцу. Кулимзин — буквально «сын Кулимзи». Такие фамилии на -ин чаще всего закреплялись за крестьянами и посадскими людьми, реже — за служилыми татарами, переходившими на русскую службу. В данном случае фамилия имеет не крестильное, а прозвищное происхождение от тюркского имени, что говорит о татарских, башкирских или казахских корнях предков.

География фамилии Кулимзина сегодня концентрируется в регионах с традиционно сильным татарским и башкирским населением: в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречаемость фамилии низкая, что характерно для отантропонимических фамилий от редких личных имён. В метрических книгах XIX века Кулимзины могли записываться и как Кулимзины, и как Кулимзиновы — вариативность окончаний в ту эпоху была обычным делом.

Однокоренных фамилий, построенных по той же модели, много: Куликов, Кулиев, Кульбаев. Но Кулимзин стоит особняком из-за редкого второго компонента «имзи», который не встречается в массовых именниках. Это позволяет предположить, что имя Кулимзи могло быть не общеупотребительным, а родовым, передававшимся в одной конкретной семье или роде.