Фамилия Зимерева образована от мужского прозвища или имени Зимерь. Основа здесь — древнерусское или диалектное слово «зима» в необычной, уменьшительной или пренебрежительной форме. Суффикс -ерь (-ер-) в русских прозвищах встречается редко, чаще он характерен для финно-угорских заимствований, но в данном случае скорее играет роль экспрессивного элемента: Зимерь — это «зимний человек», рождённый в холодное время года или с холодным, суровым нравом. Женская форма фамилии — Зимерева — указывает, что родоначальником был мужчина Зимерь, а его потомки (жена, дети) получили фамилию по нему.

Словообразовательная модель проста: к основе «Зимер-» прибавили суффикс -ев. Это типичный патроним (отчество), который со временем закрепился как наследственная фамилия. В отличие от более частых Зимин, Зимов или Зимников, фамилия Зимерева сохранила редкую форму прозвища, что делает её ономастически ценной.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России. Встречается в архивных записях XIX века по Владимирской, Костромской и Вологодской губерниям. Там, где зимы долгие и суровые, прозвище Зимерь было понятно без перевода — так могли назвать крестьянина, родившегося в метель, или человека, который работал зимой (например, зимогора — отходника на сезонных промыслах).

Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с личным именем Зимарий (от латинского hiems — зима), которое изредка бытовало в святцах. Но имя это крайне редкое, и прозвищное происхождение выглядит убедительнее. Носители фамилии Зимерева в подавляющем большинстве — потомки крестьян, мещан или однодворцев южных уездов, где фамилии с суффиксом -ев закрепились позже, в XVIII–XIX веках.

Важно не путать с фамилией Зимарева, где корень «зим-» мог быть искажён под влиянием украинского или белорусского произношения. В Зимеревой же ударение почти всегда падает на первый слог: Зи́мерева, что дополнительно подчёркивает связь именно с «зимой».