Фамилия Дильбарханов — редкий случай, когда русская патронимическая модель (-ов) накладывается на сложное имя восточного происхождения. Корень здесь — составное личное имя Дильбархан, распространённое в тюрко-персидском ареале (среди татар, башкир, узбеков, таджиков). Оно состоит из двух частей: «дильбар» (от персидского دلبر — «пленяющая сердце», «возлюбленная», «красавица») и «хан» (тюркский титул, в именах часто выступающий как почтительная приставка или компонент женского имени). Таким образом, Дильбархан — женское имя, означающее примерно «ханская красавица» или «та, что пленяет сердце, как хан».

Фамилия образована по стандартной русской схеме: к основе Дильбархан добавили суффикс принадлежности -ов. В среде, где фамилии давали по отцу, она означала «сын (или потомок) Дильбархана». Необычность в том, что в русской традиции фамилии редко образуются от женских имён — обычно это указывает на то, что мать или бабушка носителя была заметной фигурой в семье (вдова, единственная наследница) либо имя было дано в честь уважаемой родственницы. В тюркских же семьях, особенно в XIX — начале XX века, фамилии нередко закреплялись по имени матери, если отец был малоизвестен или рано умер.

Географически фамилия тяготеет к регионам с татаро-башкирским и узбекским населением, но встречается и у других народов Средней Азии. В дореволюционных метрических книгах и советских паспортных записях она могла фиксироваться с вариациями: Дильбарханова (для женщин) или через дефис (Дильбар-Ханов), но современная норма — слитное написание с суффиксом -ов.

С точки зрения словообразования, суффикс -ов типичен для русских фамилий, но основа с персидским корнем «диль» («сердце») и тюркским «хан» делает её ярким маркером смешанной культурной среды. Это не прозвище по профессии или внешности, а редкий случай сохранения в фамилии женского имени с высоким социальным оттенком.