Фамилия Ильмаков — редкий случай, когда за основу взято не полное христианское имя, а его краткая, усечённая форма. В её основе лежит имя Ильма — разговорный вариант от Илья (древнееврейское Элияху — «мой Бог — Яхве»). В русских говорах, особенно в северных и уральских, имя Илья легко теряло начальный звук или искажалось: Ильма, Илька, Илюха. Фамилию образовали по стандартной патронимической модели «-ов», то есть Ильмаков — буквально «сын Ильмы». Суффикс «-ма» в имени Ильма — необычный: он встречается в диалектных формах имён (например, Фильма от Филипп, Кузьма от Козьма) и придаёт основе простонародный, даже несколько грубоватый оттенок, характерный для бытовой речи XVI–XVII веков.

Географически фамилия Ильмаков тяготеет к Вологодской, Кировской областям и Пермскому краю — регионам, где в прошлом была сильна традиция «окающих» говоров и где имя Илья часто произносили как «Ильма». Встречается она и в Башкортостане, что связано с миграциями крестьян в XIX веке. Интересно, что в некоторых переписях XVIII–XIX веков фамилию могли записать как Ильмаков, Ильмаковский или даже Ельмаков — путаница с буквой «е» на слух в северных говорах была обычным делом.

Версия о тюркском происхождении (от тюркского «ильмак» — «знание» или «учёный») маловероятна для фамилии с русским суффиксом «-ов». Если бы основа была заимствованной, мы бы скорее увидели форму Ильмаков-оглы или Ильмаков-заде, но не типично русское окончание. Так что основная гипотеза — перед нами потомок человека, которого в деревне звали просто Ильма, то есть Илья на местный лад. Точное сословие предков определить сложно: фамилия не дворянская и не духовная, скорее всего, её носили крестьяне или посадские люди, а в редких случаях — однодворцы южных губерний, куда она могла попасть с переселенцами.

Ильмаковы не оставили заметного следа в истории — ни в энциклопедиях, ни в списках знаменитостей эта фамилия не встречается. Но в этом и её ценность: она сохранила живую народную фонетику, то самое произношение, которое бытовало в русских деревнях триста лет назад, но почти исчезло из письменной культуры.