Фамилию Халилуллов чаще всего воспринимают как «восточную», и это верно: в её основе лежит арабское имя Халилулла (Халилуллах), что переводится как «друг Аллаха» или «верный Аллаху». В исламской традиции этот эпитет в первую очередь относится к пророку Ибрахиму (библейскому Аврааму), которого Коран называет «халилуллах» — «возлюбленный друг Бога». Таким образом, фамилия Халилуллов — это патроним, образованный от личного имени Халилулла с помощью русского патронимического суффикса -ов (чей? — Халилуллов сын). Модель образования типична для тюркских и кавказских народов, которые в XIX–XX веках получали русские фамилии путём прибавления суффикса к отцовскому имени.

В отличие от более кратких форм вроде Халилов, фамилия Халилуллов сохранила полную основу — имя с компонентом «улла» (араб. «Аллах»). Это указывает на то, что предок носителя фамилии был назван в честь одного из самых почитаемых пророков, и имя давалось с явным религиозным смыслом. Поскольку имя Халилулла было распространено среди татар, башкир, а также у народов Дагестана (особенно у аварцев и кумыков), фамилия Халилуллов встречается в основном в этих регионах и в диаспорах, уехавших в центральные области России.

Интересно, что фамилия может иметь и второй ударный вариант — Халилу́ллов, если в основе лежит имя с ударением на последний слог (Халилулла́). В русской канцелярской записи XIX века, когда фамилии фиксировали по документам, ударение не ставили, поэтому сейчас возможны разночтения. В любом случае, значение корня не меняется: это указание на глубокую религиозную связь — «принадлежащий к роду того, кто назван другом Бога». Сословного барьера у фамилии не было: её могли носить и муллы, и крестьяне, и торговцы, но имя чаще давали в семьях, где ценили религиозное образование и учёность.