Фамилия Тимажева — женская форма фамилии Тимажев. Её основа — редкое прозвище или некалендарное имя Тимаж. В корне лежит тюркское слово «тимаж» или «тимас» — так в некоторых диалектах называли крепкого, выносливого человека, иногда с оттенком «упрямый, несговорчивый». В русских говорах слово могло переосмыслиться: на Севере и в Приуралье «тимаж» — это медлительный, тяжелый на подъем человек. Но есть и другая версия: Тимаж — вариант крестильного имени Тимофей, усеченный по типу Тимаха — Тимаш — Тимаж. В пользу этого говорит суффикс -ев, типичный для фамилий от полных и уменьшительных форм канонических имен (Тимофеев, Тимашев).

Фамилия Тимажев встречается в основном в двух регионах: в Саратовской области и в Башкортостане. В Саратовском Заволжье её фиксируют с середины XIX века среди государственных крестьян — бывших однодворцев, переселенных с южных границ. В Башкортостане носители фамилии — русские, но с возможным башкирским или татарским субстратом: в тюркских языках «тимаж» — «настойчивый, упертый», и прозвище могли дать человеку с таким характером.

Словообразовательная модель простая: суффикс -ев присоединен к основе на ж (Тимаж + ев), что указывает на патроним — «сын Тимажа». В документах XIX века встречаются варианты написания Тимажев и реже Тимажов, что говорит о неустойчивости безударного гласного в суффиксе. Сравните с фамилией Тимашев — она образована от той же основы, но с другим суффиксом (-ш-), и встречается гораздо чаще. Тимажев стоит в одном ряду с редкими фамилиями вроде Коражев, Рымажев, где основа на -аж неясного происхождения.

Сословная принадлежность предков Тимажевых — в основном крестьяне и мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. В списках участников Первой мировой войны из Саратовской губернии упоминаются несколько солдат Тимажевых — все рядовые, из крестьян. Фамилия не потерялась, но осталась локальной: её носители и сегодня живут в тех же краях, где жили их предки полтора века назад.