Фамилия Ильмурзина образована от мужского имени Ильмурза, а оно, в свою очередь, — составное тюркское имя. Первая часть, «иль», восходит к слову «ил» (страна, родина, народ) или «иль» (год). Вторая часть, «мурза», — это титул знатного человека, князя, который в тюркской и татарской среде приравнивался к дворянскому званию. Таким образом, имя Ильмурза можно перевести как «князь народа» или «господин страны» — имя с явной социальной претензией, которое давали в надежде на высокое положение сына.

Фамилия стоит в женской форме (Ильмурзина), мужской вариант — Ильмурзин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Ильмурзин, то есть потомок Ильмурзы. Такая модель характерна для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а, -я. В данном случае тюркское имя было русифицировано по той же схеме, что и фамилии от русских имён (Ильин, Фомин).

Географически фамилия Ильмурзина тяготеет к Волго-Уральскому региону, особенно к Башкортостану и Татарстану. Встречается она и среди татар-мишарей, и среди башкир. Встречаемость невысокая, что говорит о редком, но устойчивом родовом имени. В дореволюционных записях фамилия могла писаться с «ъ» на конце (Ильмурзинъ) или через «ы» после «р» (Ильмурзын), но современная норма закрепилась с буквой «и».

По сословной принадлежности предки Ильмурзиных, скорее всего, относились к служилым татарам или башкирам, которые в XVI–XVIII веках несли военную или административную службу. Титул «мурза» в имени прямо указывает на то, что основатель рода принадлежал к местной знати. В отличие от многих других фамилий, где прозвище могло быть ироничным, здесь имя давалось с серьёзной надеждой на статус — и, вероятно, этот статус был реализован.