Фамилия Илембетов — редкий пример русской фамилии тюркского происхождения, записанной с русским патронимическим суффиксом -ов. Её основа — составное башкирское или татарское мужское имя Илембет (вариант: Илимбет), которое образовано из двух корней: «ил» (страна, родина, народ) и «бет» (в тюркских языках — лицо, лик, облик). В целом имя можно перевести как «лицо народа» или «краса родины» — типичная для тюркской антропонимии хвалебная характеристика.

По модели образования фамилия Илембетов — типично русская: от отчества, образованного от имени Илембет. Но здесь есть тонкость: суффикс -ов указывает на то, что фамилия закрепилась в русской среде уже после крещения или вхождения предков в состав русского служилого сословия. Если бы фамилия оставалась в чисто башкирской или татарской среде, она могла бы выглядеть как Илембетовы (с окончанием множественного числа) или Илембет (без суффикса).

Географически фамилия Илембетов почти не встречается за пределами Башкортостана и прилегающих районов Оренбургской и Челябинской областей. Это указывает на то, что предки носителей фамилии — скорее всего, башкиры-вотчинники или ясачные татары, которые перешли в русское подданство и со временем получили фамилии по отцу. В башкирских родословных (шежере) имя Илембет фиксируется с XVII века, но как фамилия она оформилась поздно — не раньше середины XIX века, когда массовый учёт населения (ревизские сказки) потребовал закрепить наследственные фамилии.

Отдельно стоит сказать о написании. Встречаются варианты Илимбетов и Илембетов. Вторая форма — более архаичная, с «е» в первом слоге, отражает диалектное произношение, характерное для восточных говоров башкирского языка. С точки зрения русской орфографии обе формы допустимы, но Илембетов — исходная, так как именно с «е» имя записано в ранних документах.

В отличие от многих фамилий на -ов, которые можно вывести к названиям ремёсел или прозвищам, Илембетов — чисто именная фамилия. Она не говорит о профессии или внешности предка, а лишь сообщает, что его отца звали Илембет — человек, которого в своём кругу ценили за связь с народом или за видную внешность.