Фамилия Тимиревский образована по типичной для восточнославянской ономастики модели — от названия населённого пункта с помощью суффикса -ский. Такой суффикс указывает на территориальную принадлежность: Тимиревский — тот, кто родом из Тимирева или Тимиревки. В основе названия, скорее всего, лежит прозвищное или календарное имя Тимир.

Корень «Тимир» восходит к тюркскому слову «тимер» или «темир», что означает «железо». В русских говорах и документах XVI–XVII веков это имя встречалось в формах Тимир, Темир, Темирь. Им могли называть крепкого, несгибаемого человека или же ребёнка, которому желали здоровья и твёрдости характера. Влияние тюркских языков на русскую антропонимику было особенно сильным в эпоху Золотой Орды и в последующие столетия, когда тюркские имена свободно входили в обиход, нередко теряя связь с исходным значением.

Вероятнее всего, предок носителя фамилии жил в селе или деревне с названием Тимирево. Такие топонимы встречаются в нескольких регионах России: например, Тимирево есть в Ивановской, Ярославской и Московской областях. Владельческие фамилии на -ский в России закреплялись в основном за дворянством и духовенством, но в XIX веке их могли получать и выходцы из других сословий, переселившиеся в города или получившие образование. Поэтому Тимиревский мог быть как помещиком, владевшим деревней Тимирево, так и священником, которому дали фамилию по месту службы.

Написание фамилии с буквой «и» в первом слоге (Тимиревский, а не Темиревский) — результат адаптации тюркского корня к русской орфографии. В документах XVIII–XIX веков встречаются оба варианта, но со временем форма с «и» закрепилась как основная. Редкость фамилии объясняется её локальным происхождением: она не получила широкого распространения за пределами тех мест, где находилось исходное селение.