Фамилия Ильмаирова образована от мужского мусульманского имени Ильмаир. Это типичная патронимическая фамилия (от имени отца), построенная по русской модели с суффиксом -ов/-ев, который указывает на принадлежность: «сын Ильмаира». В разговорной речи фамилия могла писаться через «ев», но в документах закрепилась форма с «ов», что характерно для многих тюркских фамилий, адаптированных в русской среде.

Имя Ильмаир — сложное, двухосновное. Первая часть, «иль», восходит к тюркскому корню со множеством значений: «страна, государство, родина, родной край». В переносном смысле это слово могло означать «семья, нация, народ, племя», а также «мир, спокойствие» или «благое намерение». Вторая часть — имя Маир — переводится с тюркских языков как «смелый» или «отважный». Таким образом, всё имя Ильмаир можно истолковать как «смелый для своего народа» или «защитник родины» — пожелательное имя, которое родители давали сыну, надеясь, что он вырастет храбрым и станет опорой для своей семьи и племени.

Фамилия Ильмаирова — редкая. Её географическое ядро, скорее всего, связано с регионами Поволжья и Урала (Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область), где традиционно бытуют тюркские имена в русской огласовке. Встречается также среди башкир и татар-мишарей. Процесс формирования фамилий у тюркских народов был длительным и неравномерным: в некоторых семьях фамилии закрепились только в конце XIX — начале XX века, после всеобщей переписи населения. Поэтому окончательно говорить о точном месте и времени возникновения рода Ильмаировых можно лишь на основании генеалогических исследований, но лингвистический разбор указывает на тюркские корни и связь с идеей мужества и служения своему краю.