Фамилия Ильмиева — редкий случай, когда русская фамилия образована не от церковного календарного имени, а от тюркского или арабо-тюркского личного имени. Основа здесь — имя Ильми (или Ильмя), которое восходит к арабскому ‘ильм — «знание», «наука». В тюркской среде, особенно у татар и башкир, имя Ильми (Ильмий) было распространено как образованное от этого корня, нередко в значении «учёный», «знающий». Фамилия Ильмиева — это, по сути, «дочь (или потомок) Ильми», то есть патронимическая форма с типичным русским суффиксом -ев.

Модель образования простая: к основе Ильми- добавили суффикс принадлежности -ев, а окончание -а указывает на женскую форму фамилии (мужская — Ильмиев). Такая пара — Ильмиев/Ильмиева — встречается в русском ономастиконе, но крайне редко. Фамилия не попала в массовые справочники Б. Унбегауна или В. Никонова, что говорит о её локальном бытовании. Скорее всего, она возникла в среде крещёных татар или в смешанных русско-тюркских регионах Поволжья и Приуралья, где арабские имена через ислам проникли в быт, а затем получили русское оформление.

С точки зрения социального контекста: носитель имени Ильми мог быть муллой, учителем или просто человеком, которого в общине уважали за ум и грамотность. Фамилия не дворянская, не купеческая — типичная крестьянская или мещанская, появившаяся после отмены крепостного права, когда фамилии активно давали по отцу или прозвищу. Встречаются варианты написания — Ильмиева и реже Ильмеева (с «е»), но корень один.

Если искать аналоги: в той же модели есть фамилии Ильмин, Ильминов, но они образованы от разных основ. Ильмиева стоит особняком — она сохранила исходное имя почти без изменений, что редкость: обычно тюркские имена русифицировали сильнее. По этой фамилии нет известных исторических деятелей, но её носители сегодня живут в Татарстане, Башкортостане и, вероятно, в Оренбургской области — там, где встречаются очаги татарского населения с русскими фамилиями.