Фамилия Тимирязева происходит от мужского имени Тимиряз, которое в свою очередь является просторечной, «облегченной» формой сложного восточного имени Тимир-Газа. Такое имя было широко распространено в среде тюркских народов, и его составные части хорошо понятны: татарское слово timir переводится как «железо» или «железный», а арабское gazi — как «воин, воитель». Соединив эти корни, получаем дословный перевод — «железный воин».

Имя Тимир-Газа звучало торжественно и величаво, но в бытовом общении оно быстро сокращалось до более короткого и удобного в произношении Тимирязь. Именно эта разговорная форма и легла в основу фамилии. Нарекая сына таким именем, родители вкладывали в него пожелание, чтобы мальчик вырос достойным мусульманином, стойким в вере и крепким духом, подобно железу. Для общества, где религия определяла уклад жизни, такой выбор имени был естественным способом задать судьбу ребенка.

Суффикс -ев в фамилии указывает на типичную модель образования русских фамилий от имен собственных: он отвечает на вопрос «чей?» и означает принадлежность роду человека по имени Тимиряз. То есть Тимирязевы — это потомки того самого Тимирязя. Стоит отметить, что, несмотря на восточные корни, фамилия прочно прижилась в русской среде, и самый известный её носитель — учёный-естествоиспытатель Климент Аркадьевич Тимирязев — стал символом русской науки, что лишний раз показывает, как давно и органично это имя вошло в общерусскую культуру.