Фамилия Ильментьева — одна из тех, что ставят перед исследователем загадку с первой же буквы. В ней слышится что-то географическое, напоминающее озеро Ильмень, но прямое родство с гидронимом маловероятно. Скорее всего, перед нами пример фамилии, образованной от канонического имени, но в необычной, диалектной или просторечной форме.

Основа фамилии — мужское имя Ильментий. В официальных святцах такого имени нет, но в народной традиции оно могло возникнуть как вариант крестильного имени Илиодор (от греческого «дар солнца») или, что вероятнее, Ермил (от греческого Гермес). В русских говорах, особенно на севере и в Поволжье, звуки могли заменяться, а окончания меняться: Ермил превращался в Ермилу, а затем под влиянием других имён на «-ентий» (Терентий, Клементий) возникала форма Ильментий. Подтверждение этой версии — фамилия Ермильев, которая существует параллельно и имеет ту же основу.

Суффикс «-ев» указывает на типичную модель русских фамилий: Ильментий → Ильментьев → Ильментьева. Окончание «-а» — женский вариант, который в современном бытовании закрепился за женщинами, хотя исторически фамилия в такой форме могла принадлежать и мужчине (в документах XVIII–XIX веков встречается написание «Ильментьев» для мужчин и «Ильментьева» для женщин, но в быту форма на «-а» иногда была единственной для всей семьи).

Географически фамилия редкая и не имеет ярко выраженного ареала. Её носители встречаются в центральных областях России и в Поволжье, что согласуется с зоной бытования диалектных форм имени Ермил. Сословно предки Ильментьевых, скорее всего, были крестьянами или мещанами — фамилия не несёт признаков дворянского или купеческого происхождения (отсутствие суффикса «-ский» и редкая основа).

Интересная деталь: если всё же допустить связь с озером Ильмень, то прозвище «Ильмень» могли дать человеку, жившему у воды или приехавшему с тех мест. Но в таком случае фамилия звучала бы как Ильменев или Ильменский. Форма Ильментьев с суффиксом «-тий» уверенно указывает на личное имя, а не на топоним. Так что наиболее правдоподобная версия — производное от просторечного Ильментий, которое в свою очередь восходит к имени Ермил.