Его отца звали Мухаммад Тарагай или Тургай, он был военным, мелким землевладельцем из монгольского племени барласов, к тому времени уже тюркизированного и говорившего на чагатайском языке.
По некоторым предположениям, Мухаммад Тарагай был именно вождём племени барласов и потомком некоего Карачар-нойона, могущественного помощника Чагатая и его дальнего родственника. Отец Тимура был благочестивым мусульманином, его духовным наставником был шейх Шамс ад-дин Кулял.
У отца Тимура был один брат, которого звали Балта. Мухаммад Тарагай был женат дважды: первой женой была мать Тимура Текина-хатун.
О её происхождении сохранились противоречивые сведения. Второй женой
Тарагая была Кадак-хатун, мать сестры Тимура Ширин-бек ага.
Мухаммад Тарагай скончался в 1361 году и был похоронен на родине Тимура — в городе Кеше (Шахрисабз). Его гробница сохранилась до наших дней.
У Тимура была старшая сестра Кутлуг-туркан ага и младшая сестра Ширин-бек ага. Они скончались ещё до смерти самого Тимура и были похоронены в мавзолеях в комплексе Шахи Зинда в Самарканде. Согласно источнику «Му‘изз ал-ансаб» у Тимура было ещё три брата: Джуки, Алим-шейх и Суюргатмыш.