Фамилия Дильмиева — женская форма мужской фамилии Дильмиев. В основе лежит тюркское имя или прозвище, что сразу указывает на географию: скорее всего, носители фамилии происходят из регионов с тюркским населением — Татарстан, Башкортостан, Казахстан, Средняя Азия, а также среди кавказских народов.

Разберем корень «Дильми-». Он восходит к арабскому слову «диль» (сердце, душа) или тюркскому «диль» (язык, речь), но в сочетании с компонентом «-ми» возможны разные трактовки. Самая вероятная версия — от арабского имени Дильмурад (диль — сердце, мурад — желание), где «мурад» в разговорной речи мог сократиться до «ми». Тогда Дильмиев — сын Дильмурада, то есть «желанного сердцем». Вторая версия — от тюркского прозвища со значением «говорун» или «красноречивый», если исходить из «диль» как язык.

Суффикс «-ев» указывает на русскую модель образования фамилий. В тюркской среде, особенно в бывшей Российской империи, при оформлении фамилий по русским образцам к основе добавляли -ов/-ев. Если бы фамилия осталась в чисто тюркской форме, она могла бы звучать как Дильмиулы (сын Дильми) или Дильмизаде.

Редкость фамилии говорит о том, что она не возникла массово от распространенного имени, а скорее принадлежит конкретному роду или локальной группе. Встречается она в основном в Татарстане и Башкортостане, а также среди татарской диаспоры. В дореволюционных метрических книгах фамилия могла записываться с вариантами: Дельмиев, Дилмиев, что связано с особенностями произношения гласных в тюркских языках.

Сословно предки Дильмиевых, скорее всего, были крестьянами или мещанами, реже — служилыми татарами. Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не зафиксировано.