Фамилия Исмайлов напрямую связана с мусульманским мужским именем Исмаил. В переводе с арабского оно означает «Бог услышал» — имеется в виду, что Всевышний внял молитве о рождении сына. Имя это широко распространено у народов, исповедующих ислам, и восходит к библейскому пророку Измаилу, старшему сыну Авраама.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: к основе «Исмаил» добавили русский патронимический суффикс -ов. Так в XIX–XX веках оформляли фамилии в документах для тюркских и кавказских народов, входивших в состав Российской империи. Суффикс указывал на принадлежность: Исмайлов буквально означал «сын Исмаила». Интересно, что в исходном имени есть долгий гласный «и», который в русской передаче иногда редуцировался, поэтому наряду с Исмайловым встречается вариант Исмаилов — обе формы фиксируют одно и то же имя-основу.

С точки зрения географии, фамилия характерна для азербайджанцев, татар, башкир, чеченцев, ингушей, кумыков и других народов Северного Кавказа и Поволжья. В среде русского дворянства или крестьянства она практически не встречалась — её носителями были в основном мусульмане, получавшие фамилию по отцу при переписях или призыве на военную службу.

В ономастических справочниках (например, в работе Б. Унбегауна «Русские фамилии») Исмайлов рассматривается как типичный пример адаптации восточного имени через русскую фамильную модель. Никакой другой, не связанной с именем, версии происхождения у фамилии нет — корень однозначно тюрко-арабский, а суффикс русский, что делает её ярким образцом межкультурного языкового контакта.