Фамилия Илембетова образована от мужского имени Илембет. Это составное тюркское имя, распространённое у башкир и татар. Первая часть — «илем» — восходит к слову «ил» (родина, страна, народ) с аффиксом принадлежности, то есть «моя родина», «мой народ». Вторая часть — «бет» (лицо, облик, судьба). В сумме имя Илембет можно истолковать как «лик родины», «судьба народа» или «человек, олицетворяющий свой народ». Такие имена давали мальчикам с пожеланием, чтобы они стали достойными представителями своего рода.

Суффикс -ова указывает на принадлежность: Илембетова — «дочь (или жена) Илембета». В русской традиции фамилии на -ов/-ев стали закрепляться за нерусскими народами Поволжья и Приуралья в XIX — начале XX века, когда башкиры и татары получали фамилии по отцу по русскому образцу. Таким образом, первый носитель фамилии, скорее всего, был сыном человека по имени Илембет, а его потомки уже стали Илембетовыми.

Фамилия редкая. Её ареал — преимущественно южный Урал, особенно Башкортостан и Оренбургская область. Встречается она и у татар, но реже. В башкирской среде имя Илембет фиксируется в шежере (родословных) некоторых родов, что указывает на древность корня. Интересно, что в отличие от многих тюркских фамилий, оканчивающихся на -ов, здесь сохранился начальный гласный «И» — в разговорной речи его могли бы редуцировать, но письменная фиксация удержала полную форму.

Социальный состав носителей фамилии — почти исключительно крестьянское и военно-служилое сословие. Башкиры Илембетовы, как правило, относились к тептярям или вотчинникам, то есть имели земельные наделы и несли повинности в пользу государства. Женская форма фамилии — Илембетова — в документах встречается реже мужской (Илембетов), но в современном употреблении обе формы равноправны.