Фамилия Талимова образована от мужского имени или прозвища Талим, а её форма с суффиксом -ов указывает на принадлежность к роду: «чей?» — «сын Талима». Основа фамилии — тюркское слово «талим», которое в разных тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) означает «учение», «образование», «наставление». Таким образом, Талим — это, скорее всего, человек, связанный с обучением: учитель, наставник, знаток религиозных или светских знаний. В мусульманской среде так могли назвать грамотея, муллу или просто уважаемого знающего старца.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с арабским корнем «талим» — «ученик». В этом случае прозвище могло закрепиться за тем, кто долго учился, был прилежным учеником медресе или просто получил его в насмешку над нерадивым школяром. Однако в пользу первой версии говорит то, что в русской ономастике фамилии от прозвищ, обозначающих статус или занятие, встречаются чаще, чем от характеристики ученичества.

Фамилия Талимова — женская форма, мужской вариант — Талимов. Она нечастотна, но встречается в Поволжье, особенно среди татар и башкир, а также в регионах с тюркским населением. В русских документах фамилия фиксируется с XIX века, когда крестьянам и мещанам начали массово присваивать фамилии по имени отца или деда. Если предок носителя фамилии был Талимом, то его потомки в официальных записях получали фамилию Талимовы.

Однокоренные фамилии — Талимов, Талимшин, Талимханов — встречаются реже. Важно не путать её с фамилией Талимонова, которая имеет другую основу (от имени Талимон, народной формы греческого имени Фалалей). Таким образом, фамилия Талимова — это прямой маркер тюркских корней и связи с образованным сословием, что делает её редкой, но показательной для истории народов Поволжья и Приуралья.