Фамилия Темиркаева образована от мужского имени Темиркай, которое представляет собой сложносоставную тюркскую антропонимическую модель. Первая часть — «темир» (железо), вторая — «кай» (скала, утёс). В буквальном смысле имя означает «железная скала» или «крепкий, как железо и камень». Такие имена давали мальчикам в тюркоязычной среде с пожеланием несокрушимого здоровья, твёрдости характера и долголетия.

Фамилия имеет характерный суффикс -ев, который в русской ономастике указывает на принадлежность: «чей?» — Темиркаев, то есть сын или потомок Темиркая. Поскольку основа оканчивается на -й, при образовании фамилии в русском языке йот перешёл в гласный, и мы видим форму Темиркаев, а не Темиркайев. Женский вариант — Темиркаева — фиксирует родовую принадлежность по отцу или мужу.

Фамилия распространена преимущественно среди народов Северного Кавказа и Поволжья, особенно у кумыков, ногайцев, татар и балкарцев. Встречаются варианты написания с одной «е» в первом слоге (Темиркаев) и с двумя (Темиркаев — реже). В дореволюционных метрических книгах можно найти запись «Темиркаевъ» с твёрдым знаком на конце, что соответствует старой орфографии.

В отличие от многих русских фамилий, образованных от крестильных имён, Темиркаева — пример фамилии, возникшей в среде, где исламские и доисламские тюркские имена долго сохраняли свою силу. Носители фамилии в XIX веке часто были узденями (свободными общинниками) или старшинами в горских обществах, реже — крестьянами. Сословный состав зависел от региона: в Дагестане и Чечне Темиркаевы могли принадлежать к зажиточным семьям, а в татарских губерниях — к торговому или ремесленному сословию.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в одном ряду с такими же «железными» фамилиями, как Темиров, Темирханов, Темирбулатов. Но специфическая вторая часть «-кай» делает её более редкой и географически привязанной к зоне кумыкского и ногайского языков. В ономастических справочниках фамилия не упоминается у Б. Унбегауна, что косвенно подтверждает её преимущественно неславянское происхождение и бытование в среде, где русская фамильная модель накладывалась на местную именную традицию.