Фамилия Тимербаев ведет начало от мусульманского имени Тимербай, которое восходит к двум древнетюркским именным основам: «тимер» — «железо», и «бай» — «хозяин, господин, богатый человек». Смысл имени прозрачен: «железный господин» или «крепкий хозяин». Однако компонент «бай» имел не только социальное, но и магическое значение: имя должно было привлечь к человеку богатство, которым обладают баи, словно заклиная судьбу. Имя Тимербай, а вместе с ним и фамилия, уходит корнями в тюркскую среду, откуда распространилось среди многих народов, принявших ислам, — от татар и башкир до казахов и узбеков.

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий тюркского происхождения: к основе Тимербай добавили русский патронимический суффикс -ев, который указывает на «сына Тимербая». Так что буквально фамилия означает «Тимербаевы дети». Важно, что суффикс -ев, а не -ин, говорит о том, что основа имени оканчивалась на согласный или й, что и закрепилось в написании.

Исторический контекст появления таких фамилий в России связан с активными контактами русских земель с Золотой Ордой, а позднее с татарскими ханствами. В XV–XVII веках многие выходцы из ордынской среды, а также из Казанского, Астраханского и Сибирского ханств переходили на русскую службу, принимали православие или сохраняли веру, но оседали среди русского дворянства и служилых людей. Именно поэтому фамилия Тимербаев, как и десятки подобных, закрепилась в русской родословной традиции. Сведения о восточном происхождении родоначальника в таких случаях считаются достаточно точными, поскольку само имя Тимербай не имеет славянских аналогов и однозначно указывает на тюркские корни.

Проникновению инонациональных основ в русские фамилии способствовал и тот факт, что значительная часть дворянства в России по своему происхождению была нерусской. Родовитые мурзы, князья и простые служилые люди из тюркской среды вливались в общерусскую элиту, а их имена превращались в фамилии, которые передавались уже по русской модели. Впрочем, носители фамилии Тимербаев могли принадлежать и к другим сословиям: имя было распространено среди торговцев, ремесленников и крестьян, особенно в Поволжье и Приуралье, где тюркское население жило бок о бок с русским.

Сегодня фамилия Тимербаев встречается в основном среди татар, башкир и русских, чьи предки происходили из смешанных регионов. Иногда встречается вариант Тимербаева — женская форма, а также однокоренные фамилии Тимергалиев, Тимершин, Тимербулатов, образованные от других имен с той же основой «тимер». Все они — памятник восточной письменности и культуры, сохранивший в русском языке память о древнем имени, которое когда-то давали мальчику с пожеланием стать таким же твердым, как железо, и таким же уважаемым, как бай.