Фамилия Тимерзянова — женская форма от Тимерзянов, и её разумнее рассматривать в мужском варианте, так как именно он указывает на происхождение. Фамилия имеет ярко выраженное тюркское, скорее всего татарское или башкирское, происхождение. Она образована по стандартной для русской среды модели: к тюркскому имени или прозвищу добавили русский патронимический суффикс -ов, который в женском роде превратился в -ова. Таким образом, Тимерзянов — это «сын Тимерзяна».

Основа фамилии — составное имя Тимерзян. Оно распадается на две части: «тимер» (железо) и «зян» (душа, дух, иногда в значении «верный» или как компонент арабского имени Зянетдин — «украшение веры»). В татарской и башкирской ономастике «Тимер» — частый компонент имён-оберегов: железо считалось материалом, отгоняющим злые силы (сравните с именами Тимергали, Тимерхан). Вторая часть «-зян» может быть как самостоятельным именем (Зян — душа), так и сокращением от более длинных арабо-мусульманских имён. Поэтому имя Тимерзян можно перевести как «железная душа» или «крепкий духом», а в более прагматичном смысле — «защищённый железом» или «надёжный, как железо».

Географически фамилия Тимерзяновы наиболее распространена в Татарстане и Башкортостане, а также среди татарских общин в соседних регионах — Оренбургской, Челябинской, Самарской областях. В дореволюционной России носители этой фамилии относились в основном к сословию государственных крестьян или тептярей (сословная группа в Башкирии, близкая к крестьянам), реже — к купечеству. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что типично для фамилий, образованных от народных тюркских имён.

Отдельно стоит заметить, что фамилия Тимерзянова (как и Тимерзянов) может встречаться с вариантами ударения: на второй слог (Тимерзя́нов) или на третий (Тимерзяно́в). В русском языке ударение в тюркских фамилиях часто смещается, поэтому оба варианта имеют право на существование, хотя в самом татарском языке ударение падает на последний слог.