Фамилия Хамилонова — женская форма от мужской Хамилонов, и её разбор стоит начать с неочевидной на первый взгляд основы. Корень «Хамил-» не похож на распространённые славянские имена или прозвища, и это сразу подсказывает, что перед нами не типичная крестьянская фамилия от мирского имени вроде Хамило. Скорее всего, в основе лежит тюркское или арабское имя, занесённое в русскую среду через татарское или башкирское посредничество. Наиболее вероятная версия — от мужского имени Хамиль (араб. «хамиль» — «носитель», «несущий», также «заботливый»). В русской записи это имя могло обрасти суффиксом -он- (как в фамилиях Хамонов, Хамидов), а затем — фамильным окончанием -ов.

Модель образования — патронимическая: Хамилонов буквально значит «сын Хамилона», где Хамилон — русифицированная форма исходного имени с уменьшительным или адаптирующим суффиксом -он. Такие фамилии нередки в среде крещёных татар, башкир, а также в казачестве, где охотно усваивали иноязычные имена. Встречаемость фамилии в современных базах — низкая, с концентрацией в Поволжье и на Урале, что дополнительно указывает на восточное происхождение.

Вторая, менее вероятная гипотеза — от прозвища Хамила, которое могло быть связано с глаголом «хамить». Но эта версия слаба: прозвищный суффикс -ил- в русских фамилиях редок, а форма Хамилонов тогда потребовала бы промежуточного отчества Хамилович, что для XVI–XVII веков нехарактерно. К тому же прозвище Хамила было бы оскорбительным, а фамилии редко образовывали от прямых грубостей.

Суффикс -ов в фамилии — стандартный для русского патронимического типа, указывает на принадлежность к роду. Ударение, судя по аналогичным фамилиям (Хамитов, Хамидуллин), скорее всего, падает на второй слог: Хамилóнова. В написании возможны варианты через «а» (Хамиланов) или с двойным «л», но закрепившаяся форма с одним «л» и «о» во втором слоге — самая частая в документах XX века.

Таким образом, носительница фамилии Хамилонова с большой вероятностью происходит из семьи, где предок носил мусульманское имя Хамиль, адаптированное в русской среде. Это не дворянская и не старомосковская фамилия, а след культурного контакта, характерный для юго-восточных регионов России.