Фамилия Зимайкина — женская форма, а мужской вариант — Зимайкин. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Зимайка. Это уменьшительно-ласкательная форма от слова «зима», образованная с помощью суффикса -айк-, который в русских говорах часто придавал именам и прозвищам оттенок ласки или принадлежности (сравните: Кузьма — Кузьмайка, Дема — Демайка). То есть Зимайка — это «маленькая зима» или «зимушка».

По одной из версий, прозвище Зимайка могли дать ребёнку, родившемуся в холодное время года, особенно в суровую или снежную зиму. Такие «календарные» прозвища были распространены на Руси: Вешняк (рождённый весной), Летяга (летом), Осеня (осенью). Однако у фамилии есть и другая, менее очевидная, но более глубокая возможность. В некоторых русских диалектах слово «зимайка» или «зимка» означало не только время года, но и человека, который любит тепло, зябнет, постоянно кутается — этакого мерзляка. Прозвище могли дать и по характеру: медлительному, «холодному» в общении или, наоборот, стойкому, выносливому как зима.

Суффикс -ин в окончании фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Зимайкин, то есть сын, потомок или человек из рода Зимайки. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ с конечным -а/-я. Географически фамилия Зимайкина встречается преимущественно в центральных и северных регионах России, особенно в Поволжье и Заволжье, где зимы традиционно долгие и холодные. Встречаются также однокоренные фамилии: Зимин, Зимов, Зимников, но Зимайкин стоит особняком из-за редкого суффикса -айк-, который делает её более «домашней», почти деревенской по звучанию.

В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «о» — Зимайкина, но под ударением всегда первый слог. Сословно носители фамилии были преимущественно крестьянами или мещанами, так как прозвищная основа редко встречалась в дворянских родах, предпочитавших книжные или географические фамилии. Таким образом, Зимайкина — фамилия, прямо отсылающая к быту и природе, без затейливых книжных корней.