Фамилия Ментемиров — одна из тех, где сразу бросается в глаза восточная основа. Разбирать её стоит с корня, который явно не славянский, а тюркский. Основа «Ментемир» (или «Ментемер») — это составное имя, где первая часть «мен» (в разных тюркских языках может означать «я», «мой», «родинка» или «знак»), а вторая — «темир» («железо»). В сумме получается что-то вроде «моё железо» или «человек с отметиной, крепкий как железо». Такие имена давали мальчикам, чтобы передать им силу и твёрдость характера, защитить от зла. Встречается это имя у башкир, татар, казахов и ногайцев.

Модель образования фамилии — классическая для русского делопроизводства: к тюркскому имени Ментемир добавили патронимический суффикс -ов. Это указывает на то, что предок носителя фамилии был Ментемиром, а его сына или внука уже записали как Ментемирова. Такие фамилии в массе своей появились у тюркских народов России в XIX — начале XX века, когда крестьян и казаков начали массово заносить в ревизские сказки и метрические книги, и писарь на русский манер «русифицировал» имя отца.

Географически фамилия Ментемиров привязана к южному Уралу и Приуралью, а также к Оренбуржью и Астраханской области. Это регионы, где исторически компактно жили татары, башкиры и ногайцы. Встречается она и у терских и уральских казаков — среди них было немало выходцев из тюркской среды, крещёных или сохранивших мусульманские имена. В этом контексте фамилия могла принадлежать и казаку, и мулле, и крестьянину.

Ударение в фамилии скорее всего на последний слог — Ментемиро́в, хотя в разговорной речи встречается и вариант с ударением на третий слог (Менте́миров). Первый вариант соответствует стандартной модели русских фамилий на -ов, второй — кальке с тюркского произношения, где ударение часто падает на первый слог имени.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Темиров, Темирханов, Ментемиров — показывает, что корень «темир» один из самых распространённых в тюркской антропонимии, как «богатырь» или «алп». Но связка с «мен» делает фамилию заметно более редкой, чем просто Темиров. Если встретили Ментемирова, скорее всего, его предки жили в небольшом ареале и не мигрировали широко, поэтому фамилия сохранила свою форму без изменений.