Фамилия Ильматова образована от мужского имени Ильмат, которое представляет собой вариант мусульманского имени Ильмухаммат или Ильматдин. В основе этих имён лежит арабский корень «ильм» — знание, наука. Вторая часть имени часто восходит к имени пророка Мухаммада или к слову «дин» — вера. Таким образом, имя Ильмат можно перевести как «знание веры» или «знание Мухаммада». Фамилия, соответственно, означает «принадлежащий Ильмату, потомок Ильмата».

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия Ильматова — типичная русская фамилия, оформленная суффиксом -ов (-а). Этот суффикс в русском языке указывает на принадлежность: чей? — Ильматов, то есть сын или дочь Ильмата. Окончание -а свидетельствует о женской форме фамилии. Мужской вариант — Ильматов.

Фамилия имеет тюрко-татарские или кавказские корни. Наибольшее распространение она получила среди народов, исповедующих ислам и проживающих на территории бывшего СССР: татар, башкир, народов Северного Кавказа (чеченцев, ингушей, кумыков), а также в среде среднеазиатских народов. В русском контексте фамилия появилась как результат межэтнических контактов и присоединения к русской фамильной системе через патронимический суффикс.

Интересная особенность фамилии — её относительная редкость в сравнении с более частыми вариантами, такими как Ильматов. Вариант Ильматова встречается преимущественно в женском роде, что делает её менее заметной в исторических документах, где чаще фиксировались мужские формы. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках фамилия могла записываться с искажениями, например, как Ильматов или Ильметов, что связано с фонетическими особенностями местных говоров и неграмотностью писарей.

В социальном плане носители фамилии могли принадлежать к разным слоям: от крестьян до духовенства. Имя Ильмат нередко давали в семьях мулл и образованных людей, подчёркивая связь с религиозным знанием. Однако в большинстве случаев фамилия передавалась по наследству как обычная родовая метка, утратившая связь с первоначальным значением имени.