Фамилия Дильмухамбетов — классический пример тюркской модели образования русских фамилий, где к восточному имени добавили русский патронимический суффикс -ов. В основе лежит сложное мужское имя Дильмухамбет, которое состоит из двух корней: персидского «диль» (сердце, душа) и арабского «Мухаммед» (восхваляемый, прославленный). Таким образом, имя Дильмухамбет означает «душа Мухаммеда» или «сердце Мухаммеда» — типичная для исламской традиции почтительная конструкция, подчеркивающая преданность пророку.

Несмотря на то, что фамилия звучит как казахская (в Казахстане распространены фамилии на -ов от арабско-персидских имен), её носители встречаются и у башкир, и у татар. В русском языке фамилия закрепилась в форме Дильмухамбетов, хотя в исходных тюркских языках ударение может падать на последний слог. Суффикс -ов указывает на то, что фамилию дали по отцу: «сын Дильмухамбета».

Интересно, что имя Дильмухамбет — не самое частое даже в мусульманской среде, поэтому фамилия остаётся относительно редкой. Её носители — потомки людей, которые в XIX — начале XX века получили фамилию по имени отца при переписях или приписке к сословию. Сословная принадлежность могла быть разной: от крестьян до торговцев, но в любом случае фамилия выдаёт глубокие корни в исламской культуре Поволжья, Приуралья или Центральной Азии.

С точки зрения словообразования, фамилия прозрачна: основа — полное имя, а не прозвище или профессия. Это отличает её от многих русских фамилий, где корень мог быть бытовым или ироничным. Здесь же — прямое указание на религиозное имя, что типично для фамилий, возникших в среде, где имя давали по Корану.