Фамилия Дильмагамбетова — редкий пример того, как тюркское имя собственное превратилось в русскую фамилию почти без изменений. В основе лежит мужское имя Дильмагамбет, которое состоит из двух частей: персидского диль («сердце», «душа») и арабского Магамбет (фонетический вариант имени Мухаммед, «восхваляемый»). Буквально имя можно перевести как «душа Мухаммеда» или «сердце пророка» — типичная для исламской ономастики конструкция, выражающая глубокую религиозную привязанность.

Сама фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов- и окончанием -а, что указывает на принадлежность женщине (жене или дочери человека по имени Дильмагамбет). Мужской вариант — Дильмагамбетов. Такая словообразовательная схема характерна для фамилий, которые закреплялись в XIX–XX веках среди казахов, татар и других тюркских народов, входивших в состав Российской империи: русская администрация приписывала к именам стандартные суффиксы, превращая их в наследственные родовые прозвания.

Географически фамилия тяготеет к западу Казахстана и прилегающим регионам России (Астраханская, Оренбургская области), где распространён диалектный вариант имени «Магамбет» вместо литературного «Мухаммед». Предки современных носителей фамилии, скорее всего, были кочевниками-скотоводами или мелкими торговцами — титул «дильмагамбет» как прозвище не зафиксирован, поэтому версия о происхождении именно от личного имени, а не от прозвища или ремесла, выглядит единственно надёжной.

В отличие от многих русских фамилий на -ов, где основа могла быть забыта, здесь исходное имя остаётся прозрачным, что делает фамилию своеобразным мостом между персидской поэтикой, арабской религиозной традицией и русской бюрократической практикой. Встречается она крайне редко — по открытым данным, в России зарегистрировано не более нескольких десятков носительниц, и почти все они сосредоточены в Астраханской области.