Фамилия Ильметов — редкий случай, когда тюркская основа и русский суффикс не просто склеились, а сохранили исходное ударение. В ней слышен корень «ильмет», который восходит к арабскому «ильм» (знание, наука) через тюркское посредничество. В татарском и башкирском языках «ильмет» или «илмет» — это имя, которое давали мальчикам с пожеланием быть учёным, мудрым, грамотным человеком. Формант -ов — стандартный русский патронимический суффикс, приросший к имени при крещении или при переходе в русскоязычную среду.

Географически фамилия почти не выходит за пределы Волго-Уральского региона. Основные носители — татары и башкиры из Оренбургской, Челябинской областей и Башкортостана. Встречается и у мишарей — этнической группы татар, исторически жившей на территории современных Пензенской и Нижегородской областей. В дореволюционных метрических книгах Ильметовы чаще записаны как государственные крестьяне или тептяри — сословие, сочетавшее земледелие с несением повинностей.

Интересная деталь: ударение в фамилии плавает. В татарской среде обычно говорят Ильме́тов (с ударением на второй слог, как в имени), а в русскоязычных документах XIX века нередко ставили Ильмето́в, подравнивая под привычную модель с суффиксом -ов. Второй вариант со временем почти вытеснил первый, но старожилы в деревнях до сих пор помнят исходное произношение.

Словообразовательная модель проста: личное имя Ильмет + -ов. Это типичная для XVI–XVIII веков схема, когда тюркские имена «обрусевали» без перевода. В отличие от фамилий вроде Ильминских (от названия реки Ильмень) или Ильиных (от Илья), здесь нет ни географической, ни христианской основы — чистое имя-пожелание, ставшее фамилией.