Фамилия Ильмаиров — один из тех случаев, когда за внешне простой конструкцией стоит составное имя-оберег. Её основа — мужское мусульманское имя Ильмаир, которое в тюркской традиции складывается из двух смысловых блоков. Первый корень, «иль», многозначен: это и «страна», «государство», «родной край», и в переносном смысле — «народ», «племя», «семья», «мир» или «благое намерение». Вторая часть восходит к имени Маир, что значит «смелый», «отважный». Вместе имя Ильмаир можно прочитать как «смелость народа» или «отвага родины» — типичная для Востока модель, где ребёнку желали стать защитником своего племени или земли.

Словообразовательная модель фамилии стандартна для русского языка: к основе Ильмаир добавили патронимический суффикс -ов (вариант -ев после мягкого согласного, но здесь твёрдая основа). Так образовывали фамилии от имён, прозвищ и названий профессий, отвечая на вопрос «чей?» — «сын Ильмаира». Окончание -ов указывает, что фамилия сложилась в русскоязычной среде, скорее всего, при документальном оформлении в XIX–XX веках, когда крестьянам и горожанам нерусского происхождения записывали фамилии по отцу.

География фамилии тяготеет к регионам, где тюркские имена смешивались с русской паспортной системой: Поволжье (Татарстан, Башкортостан), Урал, отчасти Казахстан. Встречается она нечасто — это редкая фамилия, что говорит о локальном бытовании исходного имени. В отличие от массовых Ильиных или Ильиных, Ильмаиров сохранил связь с конкретным антропонимом, не растворившись в типовых окончаниях.

Стоит отметить, что имя Маир в тюркском контексте могло быть как самостоятельным, так и сокращением от более длинных арабских или персидских имён (например, Амир — «повелитель»). Но в паре с «иль» оно закрепилось именно в значении «смелый», что подтверждается параллелями в башкирской и татарской ономастике. Таким образом, Ильмаиров — не просто фамилия, а свёрнутое пожелание предка: чтобы его потомок был храбрым защитником своего рода и земли.