Александра Алексеевна Тимирязева (1857-1943) была верной спутницей Климента Аркадьевича на протяжении 42 лет. В Петровско-Разумовском в 1877 году Климент Аркадьевич познакомился со своей будущей женой Александрой Алексеевной Готвальд (урождённой Ловейко). Но она была несвободна, её муж Эдуард Алексеевич работал врачом Петровской земледельческой и лесной академии. К сожалению, в XIX веке расторжение брака было делом непростым, тем более что у них в семье было двое детей.
Неразрешимая коллизия тянулась вплоть до смерти Э.А. Готвальда в 1909 года, и всё это время Климент Аркадьевич и Александра Алексеевна вынуждены были жить в том состоянии, которое сейчас мы бы назвали гражданским браком, а тогда официально всё это считалось незаконным сожительством. Двусмысленное семейное положение Тимирязева ещё более осложнилось, когда у Климентия Аркадьевича и Александры Алексеевны родился в 1880 году сын Аркадий. Тимирязев, вынужденный оформить своего родного ребёнка как «подкидыша», стал хлопотать перед Священным Синодом об усыновлении Аркадия, но ему отказали – профессор был холост. И тогда на помощь Клименту Аркадьевичу пришли придворные связи его семьи. Родной брат учёного генерал-майор Николай Аркадьевич, командир Кавалергардского полка, лично знавший августейшую фамилию, с помощью императрицы Марии Фёдоровны добился от Александра III благосклонного ответа на прошение профессора К.А. Тимирязева об усыновлении мальчика 30 октября 1888 года.
И только в 1912 году, уже после смерти Э.А. Готвальда, Климент Аркадьевич и Александра Алексеевна обвенчались. 42 года Тимирязев жил с любимой женщиной, и из них только восемь лет в законном браке. А.А. Тимирязева всю жизнь была правой рукой и верной соратницей великого учёного. Женщина она была образованная, окончила гимназию, а в 1885 году Высшие женские курсы профессора В.И. Герье - первое в России учебное заведение для женщин с университетской программой (ныне Московский педагогический государственный университет). Зная немецкий и французский языки, она помогала мужу с переводами, конспектировала его лекции.
Помощь любимой женщины Тимирязев очень ценил, недаром именно жене он посвятил книгу «Исторический метод в биологии» 1918 года издания: «Жене, сотруднице и другу Александре Алексеевне Тимирязевой. Ты была самой внимательной слушательницей этих лекций и составила первый их очерк в годы нашей трудовой молодости. Теперь ты помогаешь мне в подготовлении их запоздалого издания и делишь все невзгоды и лишения нашей честной пролетарской старости. Тебе, по праву твоему, посвящаю эту книгу».