Фамилия Тимергазеев почти наверняка — фонетический вариант более распространённой фамилии Тимергазиев. Разница в написании объясняется особенностями произношения в татарском и башкирском языках, где безударный гласный звучит неотчётливо. Поэтому на письме «и» часто заменяли на «е»: так и возникла форма Тимергазеев.

Основа фамилии — составное мусульманское имя Тимергази. Оно склеено из двух разных по происхождению корней. Первая часть — древнетюркское слово «тимер» (железо). Вторая — арабское «гази», которым называли борца за веру, героя-победителя, воинственного человека. Соединившись, эти основы дали имя со значением «борец за веру, крепкий, как железо» — сильное пожелание мужества и стойкости, которое родители вкладывали в имя сына.

Имена с компонентом «гази» были широко распространены у народов Поволжья и Урала, принявших ислам. В татарской среде они прижились легко, поскольку арабская лексика пришла вместе с религией и культурой. А вот «тимер» — исконно тюркский элемент, часто встречавшийся в именах, подчёркивавших твёрдость характера. Подобные двухосновные имена — яркая черта тюрко-мусульманской ономастики, где соединяли местные и привнесённые традиции.

Фамилию образовали по стандартной русской модели: к имени Тимергази добавили патронимический суффикс -ев, который в тюркских фамилиях присоединяли к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или «и». Так имя отца превратилось в фамилию сына — «Тимергазеев», то есть потомок Тимергази.

Стоит заметить, что ударение в фамилии обычно падает на последний слог — Тимергазе́ев, хотя в исходном имени ударным был второй слог. Эта разница тоже следствие адаптации тюркского имени к русскому произношению.

Носители фамилии — почти исключительно татары и башкиры, а также представители других тюркоязычных народов. География распространения — Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области, то есть территории исторического расселения этих народов. Встречаются также варианты Тимергазиев, Тимергазяев и Тимергазеев, и все они — ответвления одного имени.