Фамилия Ильмакова образована от мужского имени Ильмак. В основе лежит краткая форма одного из крестильных имён, скорее всего Илья (библейское Илия) или Илларион. В русских говорах имя Илья нередко принимало формы Ильма, Ильмик, Ильмак — так могли называть в семье или в деревне, особенно на севере и северо-востоке. Суффикс -ак придаёт имени оттенок уменьшительности или простонародности: Ильмак — «маленький Илья», «Ильюшка».

Фамилия построена по стандартной русской модели: к основе Ильмак прибавлен суффикс -ов, а затем женское окончание -а. Ильмакова — это буквально «дочь (или жена) Ильмака». Мужской вариант — Ильмаков. Такая фамилия могла закрепиться за крестьянином или ремесленником, которого в документах записали по имени отца: скажем, Иван Ильмаков сын.

Встречается фамилия Ильмакова в основном в Поволжье и на Урале, особенно в татарской и башкирской среде, где имя Ильмак иногда связывают с тюркским корнем «иль» (страна, народ) или «илм» (наука). Но в русском контексте это, скорее, народный вариант Ильи. В современных справочниках фамилия редкая, не входит в списки самых распространённых, но имеет узнаваемую структуру и ясное происхождение.