Фамилия Ильмятова — вариант женского рода, мужская форма — Ильмятов. Если смотреть на неё непредвзято, сразу бросается в глаза редкий суффикс -ятов. В русских фамилиях он встречается нечасто, и это уже подсказка: перед нами не стандартная «патронимическая» модель от имени на -а (как Ильин — от Илья), а более сложная конструкция.

Скорее всего, в основе фамилии лежит имя Ильмята. Так могли называть человека в быту, в кругу семьи или в деревенской общине. Ильмята — это уменьшительная или «ласкательная» форма от одного из крестильных имён, начинающихся на Илья- или Или-: Илья, Иларион, Илиодор. В русской народной традиции такие имена нередко усекали до короткого и звучного корня, а потом добавляли суффикс -ят(а). Получалось что-то вроде «маленький Илья» или «сын Ильи». Далее от прозвища Ильмята образовали фамилию по типу «чей?» — Ильмятов, то есть «принадлежащий Ильмяте».

Суффикс -ятов — это своеобразный маркер. В центральных и южнорусских говорах он встречался редко, чаще — в северных и северо-восточных землях, особенно в Вятской, Пермской, Архангельской губерниях. Там формы на -ята (Ильмята, Климята, Михеята) были обычным делом. Соответственно, носители фамилии Ильмятовы, скорее всего, родом из этих краёв.

Встречается и другое объяснение: основа могла быть не от имени, а от прозвища, связанного с деревом и́льм (вяз). В старину человека могли прозвать Ильмом за высокий рост, крепкое телосложение или, наоборот, за гибкость и упругость. А Ильмята — производное от этого прозвища. Но эта версия менее вероятна: прозвища от названий деревьев в русской ономастике редки, а вот уменьшительные формы имён — массовое явление.

Фамилия недворянская, не княжеская. По социальному составу — крестьянская или мещанская. В документах XIX века Ильмятовы встречаются в метрических книгах Вятской губернии, что подтверждает региональную привязку к северо-востоку.