Фамилия Кулямирова — женская форма фамилии Кулямиров, а та, в свою очередь, образована от мужского имени или прозвища Кулямир. Судя по корням, перед нами редкая по структуре фамилия, в основе которой лежит имя тюркского происхождения, составленное из двух частей: «кул» (раб, слуга, часто в религиозном смысле — «раб Божий») и «мир» (от арабского «амир» — повелитель, князь, или от «мир» в значении «вселенная»). В тюркской ономастике такие двусоставные имена с компонентом «кул» (Кулмухаммед, Кулбай) встречаются часто, а добавление «мир» даёт значение вроде «раб повелителя» или «слуга мира». Вторая часть могла быть искажением имени Эмир или Амир — в таком случае прозвище Кулямир означало «раб эмира», то есть человека, находившегося на службе у знатного лица.

Модель образования фамилии — типичная русская: к основе Кулямир добавили суффикс -ов, что характерно для фамилий, возникших в среде крестьян и посадских людей в XVI–XVII веках. Суффикс -ин здесь не подошёл бы, так как основа не оканчивается на -а/-я. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог — Куля́мирова, хотя в разговорной речи встречается и вариант с ударением на третий.

Географически фамилия Кулямировы встречается в основном в Поволжье и на Урале — в регионах, где исторически смешивались русское и тюркское население: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область. Это косвенно подтверждает тюркское происхождение основы. В дореволюционных источниках фамилия почти не фиксируется, что говорит о её позднем закреплении и, возможно, о невысоком социальном статусе первых носителей — скорее всего, государственных или помещичьих крестьян.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Куляев, Кулябин, Кулемин) показывает, что корень «кул» в русских фамилиях обычно указывает на тюркское заимствование, но редко сохраняет вторую часть в виде «мир». Кулямиров — один из немногих примеров, где двусоставное имя не стёрлось до односложного прозвища, а дошло до нас почти в исходном виде.