Фамилия Зимачев — хороший пример того, как прозвище, данное по характеру или внешности, превратилось в родовое имя. Её основа — слово «зима». В русских говорах «зимой» или «зимушкой» могли назвать человека холодного, неприветливого, угрюмого, либо того, кто родился в самое холодное время года. Вторая версия, менее вероятная, — связь с диалектным глаголом «зимать» (зимовать, проводить зиму где-либо), то есть прозвище мог получить пришлый человек, оставшийся на зимовку.

Ключевая особенность Зимачева — суффикс «-ев». Он указывает на притяжательное значение: «чей?» — «Зимачев», то есть сын или потомок Зимача. А вот сам суффикс «-ач» в основе — редкая и показательная деталь. В русской антропонимии «-ач» часто придавал слову оттенок активного действия или яркого свойства: «трубач», «циркач», «лихач». Применительно к прозвищу «Зимач» это означало не просто «связанный с зимой», а «настоящая зима», «холодный человек» — с усилением признака. Именно этот суффикс отличает фамилию от более распространённых Зимин, Зимов, Зимников.

В сословном отношении фамилия скорее всего крестьянская. Она фиксируется в северных и центральных губерниях России — там, где долгая зима была частью быта, а прозвища по погоде были особенно метки. Встречается и в среде старообрядцев, где часто сохранялись архаичные формы словообразования. Сравните с однокоренными: Зимаков, Зимарев, Зимахин — все они образованы по разным моделям, но восходят к тому же корню. Зимачев стоит особняком благодаря экспрессивному суффиксу «-ач», который делает прозвище более образным.

Если опираться на работы Б. Унбегауна, фамилии на «-ев» от основ с суффиксом «-ач» — явление нечастое и характерное для северо-восточных говоров. Таким образом, носитель фамилии Зимачев, скорее всего, потомок человека, которого в деревне прозвали за суровый нрав или за то, что он родился в лютый мороз.