Фамилия Илгатов — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Её основа «Илгат» не встречается в списках распространённых русских имён или прозвищ, поэтому разбор требует обращения к тюркским языкам. Скорее всего, фамилия образована от мужского имени Илгат (или Эльгат), которое распространено у татар и башкир. В тюркской ономастике имя Илгат сложное: первая часть «ил» означает «родина, страна, народ», вторая — «гат» (от арабского «гад» — «будущее» или тюркского «кат» — «слой, ряд»). В итоге имя может трактоваться как «будущее народа» или «опора страны». Патронимический суффикс -ов указывает на то, что носитель фамилии — потомок человека по имени Илгат.

Модель образования типична для русифицированных тюркских фамилий: к имени добавили русский суффикс принадлежности. Это говорит о том, что предки Илгатовых, вероятно, жили в регионах с татарским или башкирским населением — в Поволжье, на Урале или в Западной Сибири. В метрических книгах XIX века фамилия могла фиксироваться как Илгатов или Эльгатов, в зависимости от диалектного произношения. Другие версии, например, связь с марийским или чувашским языками, менее правдоподобны: основа «илгат» нехарактерна для этих языковых групп.

Сословно предки Илгатовых чаще всего относились к государственным крестьянам или мещанам. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Встречаемость фамилии низкая, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: если вы Илгатов, ваши корни почти наверняка ведут к одному из тюркских народов России.