Фамилия Сатемирова образована от мужской формы Сатемиров, а та, в свою очередь, — от тюркского составного имени. Основа здесь — «Сатем», которое восходит к арабскому «Сатым» (от глагола «покупать»), либо к тюркскому «сат» («продавать»). В тюркской ономастике такие имена давали с пожеланием, чтобы ребёнок был «купленным» у судьбы, то есть желанным и спасённым от злых сил. Вторая часть имени могла быть усечением от «мир» (араб. «эмир, повелитель»), что даёт значение «владеющий покупкой» или «купленный господином».

Суффикс «-ов» (в женском роде «-ова») — классический русский патронимический суффикс, указывающий на принадлежность: «чей?» — Сатемиров, то есть сын Сатемира. Модель типична для фамилий, возникших у народов Поволжья и Приуралья, где тюркские имена адаптировались через русскую административную систему в XIX веке.

Географически фамилия Сатемирова встречается прежде всего среди татар и башкир, в меньшей степени — у казахов. В дореволюционных метрических книгах Оренбургской и Уфимской губерний фиксируются Сатемировы — крестьяне и мелкие торговцы. Интересно, что в некоторых говорах фамилию могли записать как «Сатымиров» — через «ы», что ближе к произношению в татарском языке. Разница в написании не меняет корня, но показывает, как письменная фиксация зависела от грамотности переписчика.

Редкость фамилии объясняется тем, что имя Сатем не вошло в широкий обиход, оставаясь локальным. Носители Сатемировы — потомки тех, кто в XVIII–XIX веках получил фамилию по имени отца, уже не кочевого, а оседлого. Сословной привязки нет: среди Сатемировых встречались и государственные крестьяне, и мещане, но не дворяне — фамилия слишком поздняя и не попала в гербовники.