Фамилия Ильдатова — женская форма, мужская — Ильдатов. В русских фамилиях окончание -ов/-ев указывает на происхождение от отчества или прозвища отца: Ильдат — значит «чей-то сын». В основе лежит имя или прозвище Ильдат.

Самое прямое объяснение — это вариант имени Ильда́т, которое встречается у тюркских народов, особенно у татар и башкир. В татарском языке «ил» означает «родина, страна», а «дат» — «друг, товарищ» (от персидского «дад»). Вместе получается «друг родины» или «сподвижник страны». Имя это неканоническое (не из исламского именослова), но распространённое в народной среде. От него образована фамилия Ильдатов, а от неё — Ильдатова.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с греческим именем Илиодор (через форму Ильдар или Ильдат). В русских говорах имя Илиодор нередко сокращали до Ильдор, Ильдат. Если так, то фамилия могла появиться в среде русского духовенства или крестьян, носивших церковное имя. Однако такая цепочка — редкость, и в ономастических справочниках (например, у Б. Унбегауна) фамилии на -ов от Ильдат обычно относят к тюркскому корню.

Географически фамилия Ильдатова встречается в Поволжье, особенно в Татарстане, Башкортостане, а также в Удмуртии и Пермском крае. Это совпадает с ареалом расселения татар и башкир, где имя Ильдат было в ходу. Встречается она и среди русских, но почти всегда в смешанных регионах.

По сословной принадлежности предки Ильдатовых — скорее всего, крестьяне или мещане. Фамилия не относится к дворянским, не фиксируется в родословных книгах. Скорее, она оформилась в XIX веке при массовой паспортизации, когда бывшее личное имя или прозвище отца закрепилось за всей семьёй.