Фамилия Ильхананов — редкий пример фамилии, образованной от полного арабского имени, а не от прозвища или профессии. В её основе лежит составное имя Ильхан (или Ильханан), которое состоит из двух корней: «иль» (араб. «племя, народ») и «хан» (тюркское «владыка, правитель»). Дословно имя означает «правитель племени» или «вождь народа». Окончание -ан в имени Ильханан — это арабский суффидж, придающий значение «милость» или «божественное вдохновение» (ср. Ильхам — «вдохновение»). Таким образом, полное имя могло осмысляться как «божественный правитель» или «вдохновленный владыка».

Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Ильханан добавили суффикс -ов, который в русском языке указывает на принадлежность («чей?» — Ильхананов). В буквальном смысле фамилия означает «потомок Ильханана». Это типичная модель для фамилий, возникших у народов, принявших ислам, но живших в Российской империи, — татар, башкир, кавказских горцев. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), здесь использован суффикс -ов, что говорит о том, что имя Ильханан было воспринято как основа на твёрдый согласный.

Географически фамилия Ильхананов почти наверняка привязана к регионам с тюрко-мусульманским населением: Татарстан, Башкортостан, Чечня, Дагестан. Встречаемость её крайне низкая, что указывает на позднее закрепление фамилии (вероятно, в конце XIX — начале XX века, когда крестьян и горцев массово записывали для воинского учёта). В отличие от распространённых татарских фамилий на -ов (Абдулов, Ибрагимов), здесь сохранился полный, нередуцированный корень, что характерно для фамилий, образованных от имён с «внутренней» арабской формой.

Интересно, что фамилия могла возникнуть и в среде кавказских народов, где имя Ильхан встречается как вариант древнетюркского титула, заимствованного через арабский. В таком случае носитель фамилии мог быть потомком не просто человека с таким именем, а реального родового старейшины или военачальника, которого называли «ильханом» за власть над народом. Однако без генеалогических записей точнее сказать нельзя — фамилия слишком редкая, чтобы делать статистические обобщения.