Фамилия Темкаева — женская форма фамилии Темкаев, которая образована от мужского личного имени или прозвища Темкай. В основе лежит тюркское слово «тем» — «железо», «крепкий», «прочный». В татарском, башкирском и других тюркских языках имена с корнем «тимер» (железо) были распространены: Тимер, Тимерхан, Тимергали. Усечённая форма Темкай (или Тимкай) — результат редукции, когда имя сокращалось для удобства в бытовом общении, а затем закреплялось как фамильное прозвище.

Суффикс -ев указывает на патронимическое происхождение: Темкаев буквально означает «сын Темкая». Это типичная модель для русских фамилий, возникших в среде крещёных татар, башкир, чувашей и других народов Поволжья. Фамилия Темкаев встречается преимущественно в Оренбургской, Самарской областях, в Татарстане и Башкортостане — в зоне исторического расселения тюркоязычных групп, входивших в состав Российской империи.

Вероятно, предки Темкаевых были из числа служилых татар или башкир, которые несли военную или сторожевую службу на юго-восточных рубежах России. Имя Темкай могло быть дано мальчику, родившемуся крепким, или же стать прозвищем кузнеца — человека, работавшего с железом. Второе предположение менее вероятно, так как прозвища по профессии обычно образовывались от названия ремесла, а не от качественной характеристики.

Встречается также вариант написания Тимкаев — с заменой «е» на «и» под влиянием диалектного произношения. В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания о Темкаевых среди ясачных крестьян и отставных солдат, что подтверждает недворянское, крестьянско-служилое происхождение фамилии.