Фамилия Темиреева образована от мужского имени Темирей, которое в русской среде чаще всего воспринимается как вариант тюркского имени Темир (железо) с добавлением патронимического суффикса -ей. В основе лежит тюркское слово «темир» (железо, крепкий, несгибаемый), широко распространённое в именах у казахов, татар, башкир, ногайцев и других народов. Суффикс -ей мог выполнять роль уменьшительно-ласкательной или притяжательной формы, характерной для русских говоров при адаптации иноязычных имён. Таким образом, Темирей — это «маленький Темир» или «сын Темира».

Фамилия закрепилась в форме Темиреева, что типично для русского патронимического суффикса -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Исходное имя Темирей со временем стало фамильным, и потомки человека по имени Темирей получили фамилию Темиреевы. Важно заметить, что в тюркских языках фамилии часто образовывались через окончания -ов/-ев, поэтому Темиреева — это пример русификации тюркского имени, характерный для волго-уральского региона, Сибири или Кавказа, где происходило смешение культур.

Есть и более редкая версия: фамилия могла возникнуть от прозвища Темирей, данного человеку с твёрдым, «железным» характером или связанному с кузнечным делом. В таком случае прозвище напрямую переходило в фамилию без промежуточного имени. Однако первая версия — от личного имени — встречается чаще, так как в русской ономастике фамилии на -ев от тюркских имён составляют устойчивую модель.

Географически фамилия Темиреева встречается в основном среди народов Поволжья и Приуралья, особенно у татар и башкир, а также в казахской среде, где имя Темир и его производные традиционно популярны. В русских переписных книгах XVIII–XIX веков такие фамилии фиксировались у крестьян и мещан, принявших православие, но сохранивших родовые имена. Сословная принадлежность предков Темиреевых, скорее всего, была крестьянской или казачьей, но точных данных без генеалогического поиска по региону нет.

Особенность написания — двойное «е» в середине (Темиреева вместо ожидаемого Темирова) — указывает на то, что исходное имя звучало как Темирей, а не Темир. Это отличает фамилию от более частых Темиров или Темирханов и делает её редкой в общероссийском масштабе. Сравнение с однокоренными фамилиями (Темирбулатов, Темиргалиев) показывает, что Темиреева — более простая, «бытовая» форма, без дополнительных арабских или персидских компонентов.