Фамилия Зимлева — женская форма, мужская, соответственно, Зимлев. Сразу бросается в глаза: корень здесь не «зим-», как могло бы показаться на первый взгляд, а «земл-». Это результат типичного для русских говоров аканья: в безударном положении «е» перешло в «и», и «земля» превратилась в «зимля». Такое чередование встречается во многих фамилиях, например, Земсков — Зимсков.

Основа фамилии — прозвище Земля или Земляк. В первом случае прозвище могли дать человеку, тесно связанному с землёй: крестьянину-земледельцу, землемеру или, по народным поверьям, тому, кто родился с «земляной» отметиной — родинкой. Во втором случае, если в основе лежит слово «земляк» (в значении «односельчанин», «человек из одной местности»), то прозвище указывало на происхождение носителя: его выделяли среди других как пришлого или, наоборот, коренного жителя.

Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Зимлев — это сын или потомок человека по прозвищу Земля/Земляк. По модели образования фамилия относится к патронимическим, то есть образованным от личного прозвища отца. Такие фамилии массово складывались в XV–XVII веках, когда прозвища закреплялись за родом и передавались детям.

Географически фамилия Зимлева тяготеет к южнорусским и среднерусским областям, где аканье — норма произношения. В документах XVII–XVIII веков можно встретить варианты написания «Землев» и «Зимлев» как взаимозаменяемые, что отражает живую речь. Позже написание закрепилось в том виде, в каком его записали в метрических книгах или при переписи, — и здесь «Зимлева» могла возникнуть из-за ошибки писаря, который записал фамилию на слух.

В отличие от более распространённых фамилий на «-ов», суффикс «-ев» встречается реже, но для основ на мягкий согласный (земл-я) он закономерен. Сравните с фамилией Зимляков — там другой суффикс, указывающий на прямое прозвище «зимляк». Фамилия Зимлева стоит особняком: она короче, древнее по форме и прямо отсылает к древнерусскому слову «земля» в его бытовом, а не поэтическом значении.