Фамилия Халилолов — редкий пример, когда русская патронимическая модель (-ов) накладывается на имя, которое само по себе уже содержит арабский суффикс принадлежности. Основа здесь — Халилолла (араб. خليل الله — «друг Аллаха»). Это один из эпитетов пророка Ибрахима (Авраама) в исламской традиции, аналог библейского «друг Божий». Суффикс -ов, таким образом, присоединился не к чистому корню, а к уже готовой арабской конструкции: Халилолла + ов = Халилолов.

Такое словообразование — признак поздней русификации, скорее всего, XIX — начала XX века, когда представители мусульманских народов Российской империи (таджики, узбеки, татары или народы Кавказа) получали официальные документы. Фамилия указывает на то, что предок носителя был назван в честь пророка Ибрахима, а сама фамилия — не просто «сын Халила», а «потомок того, кого звали Халилолла». Форма на -ов закрепила фамилию в мужском роде по русской грамматике, что для нерусских фамилий на согласный — стандартная практика при записи в метрики или ревизские сказки.

Встречается фамилия преимущественно в Таджикистане, Узбекистане и среди таджикской диаспоры в России. Вариант написания с двумя «л» в середине (Халил-ол-ов) — не ошибка, а указание на стык корней: первое «л» принадлежит имени Халил, второе — арабскому артиклю или усилительной частице. Если бы фамилия происходила просто от имени Халил, она звучала бы как Халилов. Удвоение — как раз и есть след того самого «олла» (Бог).

С точки зрения социального контекста, фамилия Халилолов — не аристократическая и не крестьянская в русском понимании. Она характерна для духовных лиц (мулл, имамов) или для семей, где имя сыну давали с особым религиозным значением. В дореволюционных списках её почти нет — массовое закрепление таких фамилий произошло уже при советской паспортизации 1920–1930-х годов, когда нерусские имена и прозвища переводили в стандартные фамилии на -ов/-ев.