Фамилия Кульмаиров — редкий пример фамилии, образованной от сложного тюркского имени. Её основа — Кульмаир, где первая часть «куль» (тюрк. qul) означает «раб» или «слуга», а вторая — «маир» («махир», от араб. ماهر — «искусный, умелый»). В буквальном прочтении имя Кульмаир можно перевести как «раб умелого» или «слуга искусного», но в ономастике такие конструкции редко воспринимались буквально — скорее, это был комплиментарный антропоним, подчёркивавший преданность и служение, причём не столько человеку, сколько высшему началу.

Суффикс -ов в фамилии указывает на её позднее оформление по русской модели: так в XIX — начале XX века фиксировали фамилии у тюркоязычных народов, входивших в состав Российской империи. Первоначально Кульмаир — личное имя, и фамилия Кульмаиров буквально значит «сын Кульмаира» или «из рода Кульмаира».

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири — её можно встретить у башкир, татар, реже у казахов. В башкирской среде имя Кульмаир встречалось как составная часть традиционных двуосновных имён, где «куль» выполняло функцию религиозного маркера (ср. Кульмухамет, Кульбай). В татарской традиции подобные имена с «куль» встречаются реже, что делает Кульмаиров скорее башкирской фамилией по происхождению.

Интересно, что вторая часть имени — «маир» — могла подвергаться искажению в устной речи: в некоторых записях встречаются варианты Кульмаиров и Кульмаеров, а также Кульмаиров с ударением на последний слог. В метрических книгах XIX века фамилия могла писаться через «ай» (Кульмаиров) или «аи» (Кульмаиров), что отражает неустойчивость передачи арабского звука в кириллице.

Социально предки носителей фамилии, скорее всего, относились к сословию государственных или ясачных крестьян, реже — к служилым татарам или башкирам. Дворянских корней у Кульмаировых не зафиксировано — фамилия осталась в народной среде, не попав в родословные книги.