Фамилия Тимуркаев — яркий пример того, как тюркское имя, пройдя через русскую словообразовательную модель, закрепилось в документах. В её основе лежит мужское личное имя Тимуркай. Это имя, в свою очередь, является уменьшительно-ласкательной формой от имени Тимур (тюрк. «железо», «крепкий как железо»). Суффикс -кай (или -кей) в тюркских языках придаёт имени оттенок ласковости, близости, уменьшительности — примерно как в русском языке суффикс -еньк- (Тимур → Тимуркай, аналогично Ахмет → Ахметкай, Бай → Байкай). Таким образом, Тимуркай — это «маленький Тимур» или «дорогой Тимур».

Русский суффикс -ев указывает на принадлежность: Тимуркаев буквально означает «сын Тимуркая» или «из рода Тимуркая». Фамилия образована по стандартной модели русской фамилии от имени, оканчивающегося на -й: если имя Тимуркай, то фамилия — Тимуркаев (как Кузьма — Кузьмин, но здесь работает правило «после -й пишем -ев»). Это типичная фамилия для народов Поволжья и Урала — татар, башкир, чувашей, — у которых в XIX–XX веках активно закрепляли фамилии по отчеству на русский манер.

Встречается вариант написания Тимуркаев, реже — Темиркаев, что отражает диалектное произношение (замена «и» на «е» в первом слоге). В ономастических словарях фамилия отдельно не фиксируется, но её основа — имя Тимуркай — встречается в метрических книгах и ревизских сказках Оренбургской, Уфимской и Казанской губерний. Носители фамилии — это потомки людей, которых в быту звали уменьшительным именем Тимуркай. По роду занятий предки могли быть кем угодно: от крестьян и ямщиков до купцов и военных, — имя не указывает на профессию, а только на личное имя родоначальника. Географически фамилия сегодня распространена в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области и среди диаспор в Средней Азии.