Фамилия Ильтимиров — редкий случай, когда русская фамилия образована не от славянского корня, а от тюркского личного имени. Основа здесь — мужское имя Ильтимир (варианты: Ильдемир, Ильтемир), которое в тюркских языках складывается из двух компонентов: «иль» (народ, страна, родина) и «темир» (железо). В буквальном смысле имя означает «железо народа» или «опора страны» — типичное для кочевых культур «защитное» имя, которым нарекали мальчика, желая ему стать крепкой опорой для рода и племени.

Фамилия образована по стандартной русской патронимической модели: к основе Ильтимир добавили суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — Ильтимиров). Это значит, что родоначальник носителей фамилии носил имя Ильтимир. Такая модель в XVI–XVII веках активно усваивалась тюркскими и смешанными родами при переходе в русскую служилую среду: суффикс -ов «русифицировал» инородное имя, делая его полноценной фамилией.

В отличие от многих фамилий на -ов, которые массово закрепились за крестьянами после отмены крепостного права, Ильтимировы — скорее всего, потомки служилых людей (казаков, мурз, толмачей) или выходцев из татарских, башкирских, ногайских родов. Географически фамилия тяготеет к Оренбуржью, Башкортостану и Татарстану — регионам, где издавна жили тюркские народы, активно взаимодействовавшие с русским населением. Встречается она и в казахской среде, что неудивительно: имя Ильтимир было распространено у казахов и башкир.

Известных общедеятелей с этой фамилией в открытых источниках не зафиксировано, что делает её интересной для локальных генеалогических изысканий. Если носитель фамилии ищет свои корни, имеет смысл обратить внимание на приходские книги Оренбургской и Уфимской губерний конца XIX — начала XX века, а также на ревизские сказки служилых татар и тептярей. Фамилия не подвергалась переосмыслению в русском языке — в ней нет ироничного или бытового подтекста, она сохранила прямой отсыл к старинному имени с сильной семантикой.