Фамилия Пирбайматов — редкий пример, где на стыке тюркских и персидских компонентов сложилась модель, почти не встречающаяся в русских фамилиях. Она образована от имени-прозвища Пирбаймат, которое распадается на три части: «пир» (персидское — старец, наставник, святой), «бай» (тюркское — богатый, господин) и «мат» (арабское через тюркское — от имени Мухаммад, в бытовой форме Мат или Мати). Сочетание «пир» и «бай» в одном имени — явление нечастое, оно указывает на человека, которого в общине воспринимали одновременно как духовного авторитета и состоятельного хозяина.

Формант «-ов» в конце — типичный русский патронимический суффикс, который присоединяли к тюркским основам при оформлении фамилий в XIX–XX веках. То есть Пирбайматов — буквально «сын Пирбаймата». В отличие от фамилий на «-ев» или «-ин», здесь суффикс наслаивается на имя, а не на профессию или прозвище, что говорит о сравнительно позднем закреплении фамилии, когда основой послужило личное имя отца.

Географически фамилия тяготеет к регионам Средней Азии, особенно к Узбекистану и Таджикистану, где распространены имена с элементом «пир» и «бай». В России она встречается крайне редко, в основном у потомков переселенцев из этих областей. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) такой модели нет, что подтверждает её неисконно русское происхождение.

Особенность фамилии — её трёхчастная структура, которая в русском узусе сократилась до одного слова. Если бы фамилия сохранила тюркскую форму, она звучала бы как Пирбайматов (с ударением на последний слог), но в русском языке ударение обычно смещается на предпоследний слог — Пирбайма́тов. Встречаются варианты написания с одной «т» (Пирбайматов) или с заменой «а» на «о» в последнем слоге, но нормативным считается полный вариант с двумя «т» и «а».

Предки носителя фамилии, скорее всего, были оседлыми земледельцами или ремесленниками в махаллях, где уважали и духовное знание, и хозяйскую хватку. Само имя Пирбаймат могли дать ребёнку в честь деда или местного святого, подчёркивая двойную ценность: благочестие и достаток.