Фамилия Шимирбаева — характерный пример фамилий, образованных от тюркского имени с помощью русского патронимического суффикса -ев. В основе лежит мужское имя Шимирбай, которое распространено у башкир, татар и казахов. Разбор фамилии стоит начать с этого имени: оно составное. Первая часть, «Шимир», восходит к тюркскому корню со значением «крепкий», «сильный» или «здоровый». Вторая часть — «бай» — в тюркских языках означает «богатый», «господин», «хозяин». Таким образом, имя Шимирбай можно перевести как «крепкий богатырь» или «здоровый господин». Это имя давали мальчикам с пожеланием физической силы, здоровья и благополучия.

Суффикс -ев, присоединённый к основе, указывает на принадлежность: Шимирбаев — буквально «сын Шимирбая». В русской традиции такие фамилии закрепились в XIX–XX веках при оформлении документов у тюркских народов, входивших в состав Российской империи. Окончание -а в форме Шимирбаева — женский вариант фамилии, который указывает на то, что носительница — женщина.

Географически фамилия наиболее характерна для Башкортостана, Татарстана и некоторых регионов Казахстана. Встречаемость невысокая, что говорит о её локальном происхождении: скорее всего, она возникла в одном или нескольких соседних селениях, где жил родоначальник — уважаемый человек по имени Шимирбай.

С точки зрения социального контекста, предки носителей фамилии, вероятно, были крестьянами или скотоводами, так как составные имена с корнем «бай» в тюркской среде не обязательно указывали на богатство — часто это было просто пожелание или часть традиционного именослова. Аналогичные фамилии с тем же корнем — Шимиров, Шимиркин — встречаются реже и могут быть образованы от сокращённых форм того же имени.