Фамилия Ильтеков — редкий пример, где основа почти наверняка тюркская, а оформление — русское, с патронимическим суффиксом -ов. В основе лежит личное имя Ильтек (или Илтек), которое сложилось из двух частей: древнетюркского корня «иль/эль» («народ, государство, племя») и уменьшительного суффикса -тек. Такой суффикс характерен для тюркских имён, он придаёт основе ласкательный или «младший» оттенок (сравните с именами Кутлуг-тек, Тоган-тек). Таким образом, Ильтек буквально означает «маленький народ» или «сын народа» — типичное для кочевой знати имя-пожелание, указывающее на принадлежность к роду или племени.

Имя Ильтек/Илтек фиксируется в чувашской среде, а также известно у тунгусских князей (князь Илтык). Это указывает на широкое бытование корня в разных тюркских и монгольских группах. Фамилия Ильтеков могла закрепиться за потомками человека с таким именем при переходе на русскую модель фамилий, скорее всего, в Поволжье или в среде служилых татар.

Отдельного внимания заслуживает написание. Встречаются варианты Ильтеков, Илтеков, Ильтяков. Форма с мягким знаком указывает на смягчение согласного в русской передаче. Вопреки возможной догадке, фамилия не связана с тюркским компонентом -оглы («сын») — этот суффикс в русских фамилиях либо сохраняется в неизменном виде (Ильтеков-оглы), либо вовсе отсекается. Здесь же мы видим чистую основу Ильтек и стандартное русское окончание -ов, что говорит о давней и полной ассимиляции носителей в русскоязычной среде.