Фамилия Тимачев (в написании через ё — Тимачёв) образована от разговорной формы крестильного имени Тимофей. Древнегреческое timotheos переводится как «почитающий Бога», и это имя давали в честь апостола Тимофея, первого епископа Эфеса, ученика апостола Павла. В народной среде полное церковное имя быстро сокращалось, и от Тимофея пошли десятки производных форм: Тима, Тимах, Тиманя, Тимоха и другие. Форма Тимач (она же Тимаш) легла в основу фамилии.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Тимачев буквально значит «сын Тимача», потомок человека с таким именем. Модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на мягкий согласный или шипящий. Рядом стоят однокоренные фамилии Тимаков, Тимашов, Тимохин, Тимофеев — все они восходят к одному имени, но через разные его варианты. Тимачев отличается тем, что закрепил именно редкую уменьшительную форму.

Имя Тимач могло быть и самостоятельной производной от греческих имён Тимолай («оказывающий почтение народу»), Тимон («почитающий») или Филоктимон (от слов со значением «любить» и «приобретение»). Но эти имена в русской традиции почти не использовались, поэтому основным источником фамилии стоит считать именно Тимофея. Альтернативная версия выглядит надуманной: слишком мала вероятность, что предки носителей фамилии носили столь редкие имена.

Фамилия фиксируется преимущественно в центральной России и Поволжье, где имя Тимофей было особенно частым. Встречаются оба написания — Тимачев и Тимачёв, что связано с разными традициями записи буквы ё в документах. На слух фамилия звучит одинаково, но в паспорте может стоять любой вариант, и это не меняет её происхождения.

Точных сведений о знаменитых носителях фамилии мало, но это не умаляет её истории. Каждый Тимачев может считать себя наследником давней традиции, уходящей корнями в византийское христианство и древнерусскую систему имён, где церковное имя превращалось в домашнее прозвище, а затем — в родовое прозвание.