Фамилия Тимеряева — женская форма от Тимеряев, и её происхождение напрямую связано с тюркскими корнями. Основа фамилии — древнее тюркское имя Тимер, что в переводе с татарского, башкирского и ряда других языков означает «железо». В доисламскую эпоху имена, обозначающие крепкие, твёрдые предметы, давали мальчикам с пожеланием силы и несокрушимости. Суффикс -яев (-ев) указывает на русскую модель образования фамилий от иноязычных имен: Тимер + суффикс принадлежности. То есть Тимеряев — это потомок человека по имени Тимер.

Менее распространённая, но возможная версия связывает фамилию не с личным именем, а с прозвищем. В среде татарских и башкирских ремесленников «тимерче» означает «кузнец». Если прозвище Тимеря или Тимерчей закрепилось за мастером по металлу, то фамилия могла образоваться от него. Однако прямая связь с именем Тимер выглядит надёжнее, так как суффикс -яев в тюркских фамилиях чаще всего оформляет именно имя, а не профессиональное прозвище.

Географически фамилия Тимеряевых тяготеет к регионам с сильным татарским и башкирским влиянием: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области. Встречаются Тимеряевы и среди казанских татар, и среди мишарей. В русских документах фамилия фиксируется с XVII века, когда служилые татары и башкиры получали земли и записывались в переписные книги. В некоторых говорах встречается вариант написания с одной «е» — Тимеряев, но это не меняет ни значения, ни происхождения.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Тимербаев, Тимергалиев, Тимершин — подтверждает, что корень «тимер» был одним из самых продуктивных в тюркской антропонимии. Но если в составных именах второй корень уточнял качество («богатый железом», «раб железа»), то Тимеряев — более простая, «односложная» форма, что может говорить о более низком социальном происхождении первых носителей: не княжеский род, а крестьянин или ремесленник, чьё имя записали без лишних украшений.