Фамилия Тимир — редкий случай, когда основа не спрятана за стандартными русскими суффиксами. В ней нет окончания -ов или -ин, которое обычно превращает прозвище в фамилию. Перед нами либо окаменевшая форма тюркского имени, либо прозвище, которое не успело обрасти фамильным суффиксом и закрепилось в документах в первозданном виде.

Происхождение фамилии почти наверняка тюркское. В основе лежит слово «тимир» или «темир» — «железо». У многих тюркских народов (татары, башкиры, казахи, киргизы) имя Тимир или Темир было распространённым личным именем. Родители давали его мальчику с пожеланием быть крепким, как железо, несгибаемым. Со временем такое имя могло перейти в фамилию без изменений — особенно в тех регионах, где русская администрация фиксировала инородцев «по имени», не добавляя патронимического суффикса.

Возможна и вторая, менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть как прозвище по роду занятий. Тимиром на Руси иногда называли кузнеца или человека, работающего с металлом, но это скорее калька с тюркского, чем исконно русская практика. В русской среде кузнеца чаще называли Кузнецовым или Ковалёвым, а Тимир — след прямого контакта с тюркским миром.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью, Уралу и Сибири — местам, где веками жили татары и башкиры. Встречается она и у русских, но, скорее всего, в результате смешанных браков или обрусения тюркского населения. В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания служилых татар и новокрещенов с именем Тимир, но как наследственная фамилия она оформилась поздно.

Словообразовательный разбор прост: корень «тимир» и нулевое окончание. Фамилия не склоняется по падежам как типичная русская, что выдаёт её иноязычное происхождение. В отличие от фамилий Тимиров или Тимиршин, где суффиксы уже адаптируют основу к русской грамматике, форма Тимир — наиболее архаичная, прямая и, возможно, самая старая.