Фамилия Валимова — женская форма, а её мужской вариант Валимов. В русской традиции такие фамилии обычно заканчиваются на -ов/-ев, но здесь основа другая: суффикс -ов присоединён к корню Валим-. Это сразу указывает на то, что в основе лежит нецерковное имя или прозвище, а не крестильное имя святого. Скорее всего, Валим — это адаптация тюркского или арабского имени, попавшая в русскую среду через татарское или башкирское посредничество.

Самая вероятная версия: корень восходит к арабскому имени Валим (Вали, Валий), что означает «близкий», «святой», «покровитель» или «друг» (в религиозном контексте — «святой угодник»). В тюркских языках, особенно у татар и башкир, имя Валим или Валимбай было распространено. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Вали́мова. Менее вероятна, но возможна версия, что Валим — это усечённая форма от славянского имени Валентин (в просторечии Валя), но такое объяснение слабее: для образования фамилии на -ов от Валентина обычно использовали основу Валентин-ов, а не Валим-ов.

Географически фамилия Валимов (и Валимова) встречается в Поволжье, особенно в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это указывает на среду бытования: предки носителей фамилии были, скорее всего, татарами или башкирами, принявшими православие, либо русскими, жившими в тесном контакте с тюркскими народами и перенявшими имя. В документах XVII–XVIII веков подобные фамилии нередко фиксировались у служилых татар, ясачных крестьян и торговых людей.

В отличие от фамилий на -ин (типа Валимовин, что было бы редкостью), модель Валимов — стандартная для русской патронимической системы, но с иноязычной основой. Если бы фамилия была образована от прозвища, связанного с глаголом «валить» (например, «валим» — тот, кто валит лес), то форма была бы Валимов, но тогда основа звучала бы как Валим- (от «валить»), что фонетически совпадает с тюркским именем. Однако семантика «валить» в прозвище маловероятна: для прозвищ по действию чаще использовали суффиксы -к- или -л- (Валилка, Валило), а не -им.

Таким образом, фамилия Валимова — яркий пример межэтнического заимствования: тюркское имя, обрусевшее через суффикс -ов. Её носители — потомки людей, которых называли Валим, что в переводе с арабского означало «близкий к богу» или «покровитель».