Фамилия Тимирбулатов — это составное имя, пришедшее из тюркской ономастики, и разобрать его проще, чем кажется. В основе лежит личное имя Тимирбулат, которое складывается из двух корней: «тимир» — железо и «булат» — сталь (в переносном смысле — крепкий, несгибаемый). Получается, что имя Тимирбулат означает «железная сталь» или, если говорить о человеке, «крепкий, как железо и булат». Скорее всего, так называли мальчика с пожеланием ему здоровья, силы и твёрдого характера.

Фамилия образована по стандартной для восточных фамилий модели: к имени отца добавляли русский патронимический суффикс -ов, и потомки человека по имени Тимирбулат становились Тимирбулатовыми. То есть фамилия буквально отвечает на вопрос «чей ты?» — сын, внук или правнук Тимирбулата. Такая схема типична для многих тюркских фамилий, которые закрепились в русской среде: имя предка плюс окончание -ов или -ев.

Иногда встречается утверждение, что Тимирбулатовы — потомки двух разных родов, Тимировых и Булатовых. Это объяснимо: сами имена Тимир и Булат бытовали отдельно, и фамилии от них тоже существовали самостоятельно. Но для фамилии Тимирбулатов более логична версия единого сложного имени, а не слияния двух семей. Сложносоставные имена в тюркской традиции были распространены, и «Тимирбулат» — одно из них.

Точно сказать, когда и где впервые появилась эта фамилия, нельзя. Письменные источники по таким фамилиям часто отрывочны, а имя Тимирбулат могло встречаться в разных регионах — от Поволжья до Кавказа. Ясно одно: фамилия древняя, и носители её, скорее всего, происходят из среды, где тюркские имена были привычны, а позже фамилия закрепилась и в русскоязычной документации.