Фамилия Ильмухаметов — яркий пример того, как тюркские и арабские элементы сплавились в русской антропонимии. Её основа — составное мужское имя Ильмухамет, которое восходит к двум корням: «ильм» (знание, наука) и «Мухаммет» (арабская форма имени пророка Мухаммеда, означающая «восхваляемый»). Таким образом, имя Ильмухамет можно перевести как «знание Мухаммеда» или «ученик Мухаммеда» — типичное для исламской традиции теофорное имя, подчёркивающее религиозную образованность или почтение к пророку.

Русский суффикс -ов, добавленный к татарской основе, указывает на патронимическую модель: Ильмухаметов буквально значит «сын Ильмухамета». Такая модель образования фамилий характерна для татар, башкир и других тюркских народов Поволжья и Приуралья, которые в XVIII–XIX веках, переходя к оседлому образу жизни и взаимодействуя с русской администрацией, получали фамилии по отцу. В отличие от чисто русских фамилий, где суффикс -ов часто присоединялся к прозвищам, здесь он закрепился за личным именем, что говорит о сравнительно поздней фиксации фамилии — не раньше середины XIX века.

Географически фамилия Ильмухаметов встречается прежде всего в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах компактного проживания татар и башкир. Встречаются варианты с написанием Ильмухаметов (через «е» в последнем слоге) и Ильмухамметов (с удвоенной «м»), но основной вариант — с одной «м», что соответствует нормам русской транслитерации тюркских имён.

С социальной точки зрения, носители фамилии в XIX веке чаще всего относились к крестьянскому сословию или к служилым татарам — категории, из которой выходили муллы, учителя и мелкие чиновники. Само имя Ильмухамет было достаточно распространённым среди мусульманского населения, поэтому фамилия не редкая, но и не массовая: её носители — это потомки людей, которых в семье называли в честь религиозного знания, что указывает на определённый культурный уровень предков.