Фамилия Халмаматов — редкий случай в русском ономастиконе, и её разбор требует обращения к тюркским языкам. Это типичная патронимическая фамилия, образованная по русской модели: к основе, восходящей к личному имени, добавили суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Халмамата).

Ключ к пониманию — имя Халмамат. Оно составное, распространённое у народов, исповедующих ислам (узбеки, татары, туркмены). Первая часть «Хал» — это фонетический вариант арабского «Халид» (вечный, бессмертный) или реже «Халль» (дядя по матери). Вторая часть «мамат» — искажённое «Мухаммад» (прославляемый). Таким образом, Халмамат — это стяжённая форма от «Халид-Мухаммад» или «Халль-Мухаммад». Имя давали в честь двух святых или как пожелание долгой жизни, соединённой с благословением пророка.

Географически фамилия привязана к регионам с тюркским населением: Узбекистан, Туркменистан, а также к татарским и башкирским сёлам России. В русских документах конца XIX — начала XX века фамилия могла записываться вариативно: Халмаматов, Халмаметов или Халмаматов-оглы. Суффикс -ов закрепился в ходе русификации, когда переселенцам или служилым людям из Средней Азии и Поволжья приписывали русское окончание.

Особенность фамилии в том, что она не связана ни с ремеслом, ни с прозвищем — это чисто именная форма. Носитель фамилии — потомок человека, которого в своём сообществе знали просто как Халмамата. Сословного барьера здесь нет: фамилия встречалась как у крестьян, так и у купцов из азиатских частей империи.

В современной России фамилия остаётся малочисленной. Её носители, как правило, сохраняют память о восточных корнях, хотя сама фамилия давно обрусела грамматически.