Фамилия Нургалимова — женская форма фамилии Нургалимов, а та, в свою очередь, восходит к составному мужскому личному имени Нургалим. Это имя — типичный пример татаро-башкирской антропонимии, где арабские и персидские корни соединились в одно целое. Первая часть — «нур» (араб. «свет», «сияние»), вторая — «галим» (араб. «учёный», «знающий», одна из форм имени Алим). Таким образом, имя Нургалим значит «свет знания» или «сияющий учёный». В мусульманской традиции такие имена давали с пожеланием ребёнку быть просвещённым, умным и нести знания окружающим.

Модель образования фамилии проста и прозрачна: к основе Нургалим добавили русский патронимический суффикс -ов (в женском варианте — -ова). Так в XIX–XX веках оформляли фамилии у оседлых татар, башкир и других тюркских народов, живших в Российской империи. Если бы предок носителя был кряшеном или жил в иной среде, мог появиться суффикс -ев (Нургалимев), но вариант с -ов встречается чаще для имён на твёрдый согласный.

Географически фамилия Нургалимовы (и Нургалимова) распространена прежде всего в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской, Челябинской и Самарской областях — там, где исторически компактно проживают татары и башкиры. Встречается и у казахов, но реже: у них патроним чаще образуется без русского суффикса (просто Нургалим или Нургалимулы).

Стоит отметить, что имя Нургалим не путать с более частотным Нургали (где вторая часть — «гали», то есть «высокий», «могучий»). Нургалим — более книжный, «учёный» вариант. В дореволюционных метриках и переписях фамилию могли записать по-разному: Нургалимов, Нургалимый, Нургалимовъ, — но современное написание закрепилось именно через «а» в первом слоге (Нур-га-ли-мов). Никакой другой этимологии, кроме как от личного имени, у этой фамилии нет — попытки вывести её из географических названий или прозвищ не имеют под собой оснований.