Фамилия Залимов — один из тех случаев, когда за привычным русским окончанием -ов может скрываться нерусская основа. Вопреки ожиданию, корень здесь не связан с «заливом» или «заливать». Наиболее вероятное происхождение — тюркское, от личного имени Залим. В ряде тюркских языков (татарском, башкирском, казахском) «залим» (ظالم) означает «жестокий», «тиран», «обидчик». Слово арабское по происхождению, но в тюркскую среду попало вместе с исламом. Имя Залим могли давать как охранительное имя-оберег: считалось, что злое имя отпугнёт злых духов и сделает ребёнка неуязвимым для сглаза.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Залим добавили патронимический суффикс -ов, буквально «сын Залима». Такое оформление характерно для тюркских фамилий, которые закрепились у крещёных татар, башкир, мишарей и других народов Поволжья и Приуралья после вхождения их в состав Российского государства. Многие из них получали фамилии при крещении или при переписях, когда имя отца просто русифицировали.

Менее убедительная версия связывает фамилию с прозвищем Залим от глагола «залить» — например, так могли назвать пьяницу или человека с хриплым, «заливистым» голосом. Но эта гипотеза слабая: прозвищная модель «залить → Залим» нехарактерна для русской антропонимии, а имя Залим в тюркских языках хорошо задокументировано. Кроме того, ударение в фамилии обычно падает на первый слог — Зáлимов, что соответствует тюркскому ударению в исходном имени.

Географически фамилия Залимов встречается преимущественно в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Встречаются варианты написания с одной «м» (Залимов) и двумя (Заллимов) — второй вариант редок и, скорее всего, возник из-за ошибки переписчиков или стремления подчеркнуть иноязычное происхождение.

Словообразовательный суффикс -ов указывает на то, что фамилия оформилась не раньше XVII века, когда патронимы на -ов стали массово переходить в наследственные фамилии у нерусских народов. До этого носитель мог зваться просто Залим, а его дети — Залимовы. Социально предки Залимовых, скорее всего, были крестьянами или служилыми людьми из числа татарских мурз и князей, принявших православие. Однако без конкретных генеалогических данных утверждать что-то о сословии конкретной ветви сложно: фамилия не элитарная, но и не однозначно крестьянская.