Фамилия Лимберга — одна из тех, что сразу выдают нерусское происхождение. В исконно русских фамилиях редко встретишь сочетание «мберг» в основе: это характерный немецкий или еврейский (ашкеназский) элемент. Фамилия не склоняется по падежам как типичная русская (Лимберга, Лимберги, Лимберге), а застыла в форме родительного падежа единственного числа. В немецком языке такая форма (-а, -е) могла означать принадлежность к роду или местности: «из Лимберга» или «из рода Лимбергов».

В основе лежит немецкая топонимическая модель: корень «Limb-» (историческая область Лимбург в Бельгии и Нидерландах, а также город Лимбург-ан-дер-Лан в Германии) плюс «-berg» — гора. То есть Лимберга — это, скорее всего, «человек с Лимбургской горы» или «выходец из Лимбурга». В немецком языке фамилия чаще звучит как Лимберг (Limburg), а окончание -а — это уже русифицированная форма, возникшая при записи в документах Российской империи, когда немецкие фамилии подгоняли под славянское склонение.

Сословная принадлежность носителей могла быть разной. В Российской империи фамилия Лимберга встречалась преимущественно среди остзейских немцев (из Прибалтики), а также среди еврейского населения западных губерний. В прибалтийском варианте это могла быть фамилия пастора, аптекаря или мелкого дворянина. В еврейской среде — ремесленника или торговца, взявшего фамилию по названию города Лимбург (такие случаи фиксировались в метрических книгах XIX века).

Есть и альтернативная, менее вероятная версия — от латышского «limba» (изгиб, кривизна) с немецким суффиксом, но она не подтверждается ономастическими словарями. Основной корень остаётся немецко-топонимическим. В современной России фамилия редкая, встречается в основном в Санкт-Петербурге и Калининградской области — наследие немецких колонистов.