Фамилия Тимирбулатова — редкий пример составного тюркского имени, которое целиком перешло в фамилию, не сократившись и не видоизменившись до неузнаваемости. Её основа — личное имя Тимирбулат, а сама фамилия отвечает на вопрос «чей?»: Тимирбулатов — сын, потомок Тимирбулата. Женская форма Тимирбулатова закрепилась за дочерьми и жёнами, и именно она сегодня чаще встречается в обиходе.

Разбираем имя по частям. Первая половина — «тимир» (в диалектах также «темир», «тимер») — означает «железо». Вторая — «булат» — сталь высокого качества, дамасская сталь. В тюркской ономастике такие имена-обереги давали мальчикам, чтобы они росли крепкими, несгибаемыми, стойкими, как металл. Имя Тимирбулат, таким образом, можно перевести как «железный булат» или просто «железный». Это не прозвище, а вполне полноценное личное имя, которое бытовало у многих тюркских народов — от татар и башкир до казахов и ногайцев.

Иногда можно встретить утверждение, что Тимирбулатовы — потомки сразу двух родов, Тимировых и Булатовых. Это не совсем точно. Скорее, наоборот: фамилии Тимиров и Булатов возникли из сокращённых форм того же имени, когда одну из двух основ стали использовать как самостоятельное имя. А Тимирбулатовы сохранили полный вариант. Поэтому их родство с Тимировыми и Булатовыми — не по крови, а по общему именнику: все они восходят к одному корню, но разными путями.

Суффикс -ов указывает на отчество-притяжательность: Тимирбулатов буквально значит «принадлежащий Тимирбулату», то есть его сын. Такая модель образования фамилий — самая распространённая у русских и у многих тюркских народов, принявших русскую административную систему. В документах фамилия закрепилась, скорее всего, в XIX веке, когда у крещёных и некрещёных тюркских народов начали массово фиксировать родовые прозвания.

Носители фамилии сегодня живут преимущественно в Татарстане, Башкортостане, в Оренбургской и Челябинской областях, а также в Казахстане. Написание через «и» в первом слоге — «Тимирбулатова» — характерно для татарской традиции, тогда как у башкир чаще встречается вариант «Тимербулатова». Это не ошибка, а отражение диалектного произношения: в одних языках гласный звучал ближе к «и», в других — к «е».