Фамилия Долмухамедова — яркий пример тюрко-персидского именослова, адаптированного русской фамильной моделью. Её основа — мужское имя Долмухамед, которое состоит из двух частей: «дол» и «Мухамед». Первая часть восходит к тюркскому слову «долу» или «толы» — «полный», «целый», «совершенный». Вторая, «Мухамед», — арабское имя пророка, означающее «восхваляемый», «достойный хвалы». Таким образом, имя Долмухамед можно истолковать как «совершенный Мухамед», «полный благодати Мухамед» или «цельный, как Мухамед». Это составное имя — типичный пример того, как тюркские народы, приняв ислам, соединяли свои древние корни с арабской религиозной традицией.

Фамилия образована по русскому патронимическому типу: к основе Долмухамед добавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?»). Женская форма Долмухамедова — это естественное грамматическое изменение по роду. Такая модель — самая распространённая в русских фамилиях, но здесь она наложена на нерусское имя, что и делает фамилию характерной для народов Поволжья, Приуралья и Северного Кавказа — татар, башкир, казахов, ногайцев.

Встречаются варианты написания — Долмухаммедов (с удвоенной «м») или Долмухаметов (с заменой «д» на «т» в конце, что свойственно башкирским и татарским диалектам). В русской паспортной системе закрепился именно вариант Долмухамедова, хотя в устной речи возможны колебания. Фамилия недвусмысленно указывает на то, что предок носителя носил имя Долмухамед — скорее всего, это был человек из среды мусульманского духовенства или просто уважаемый старшина, так как имена с компонентом «Мухамед» давали в честь пророка, подчёркивая благочестие семьи.

Поскольку фамилия редкая и не имеет широкой географии, её носители, скорее всего, сосредоточены в регионах традиционного проживания тюркских народов — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области, а также в Казахстане. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках эта фамилия почти не встречается, что указывает на её относительно позднее закрепление — в XIX или даже начале XX века, когда у тюркских народов начали массово оформляться русские фамилии.