Фамилия Устимирова — женская форма, а мужская, Устимиров, восходит к имени или прозвищу Устимир. Это редкая славянская двухосновная модель, где вторая часть — «мир» (от «мирить», «мирный»), а первая, скорее всего, связана с глаголом «устать» или древнерусским «устити» (успокоить, утихомирить). То есть Устимир — человек, который «утишает мир», успокаивает распри, или же тот, кто устал от мира. В древнерусских именах такие композиты были не редкостью: Ждимир, Боримир, Любимир. Фамилия образована по стандартной восточнославянской модели с суффиксом -ов, указывающим на принадлежность: «сын Устимира».

В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а, -я) или -ский (от топонимов), модель на -ов типична для крестьянских и мещанских родов центральной России и Поволжья. Устимировы, скорее всего, не принадлежали к дворянству: фамилии с корнем «мир» в этой среде не фиксируются в родословных книгах. Их предок — крестьянин или посадский человек, получивший прозвище за мирный нрав или, наоборот, за усталость от мирских забот.

Географически фамилия редкая. По данным современных телефонных справочников и баз ЗАГС, Устимировы встречаются в основном в Волгоградской, Саратовской областях и на юге Урала. В дореволюционных переписях она почти не попадается, что говорит о позднем оформлении — возможно, в XIX веке, когда крестьянам массово давали фамилии по прозвищам. Версия о происхождении от тюркского имени (например, Устемир) маловероятна: вторая часть «мир» в тюркских именах обычно пишется как «мирза» или «эмир», а не «мир».

Ударение в фамилии, судя по говорам, падает на второй слог: Усти́мирова. Встречается вариант с ударением на третий — Устими́рова, но он менее характерен для южнорусских диалектов, где фамилия бытует чаще.