Фамилия Хилми — редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение почти наверняка не связано со славянскими корнями. В русской среде фамилия не имеет очевидной словообразовательной модели: суффиксы -ов, -ин, -ский здесь отсутствуют, а основа не похожа на древнерусское прозвище или имя. Это сразу указывает на заимствование.

Наиболее вероятная версия — восточное, арабское или тюркское происхождение. Имя Хилми (Хильми) распространено в тюркоязычных и мусульманских культурах. Оно восходит к арабскому слову «хильм» (حلم), что означает «терпение», «кротость», «мягкость нрава» или «сдержанность». В исламской традиции это качество высоко ценится, и имя Хильми (буквально «терпеливый», «уравновешенный») давали мальчикам как пожелание спокойного характера. В таком случае фамилия Хилми — это патроним, образованный от личного имени без добавления типичных русских суффиксов, что характерно для фамилий крымских татар, народов Кавказа или Средней Азии, которые фиксировались в документах Российской империи в исходной форме.

Менее вероятна, но возможна версия, связывающая фамилию с греческим словом «хилиос» (тысяча) или производными от него, однако для фамилий на русской почте такое происхождение нехарактерно. География бытования фамилии Хилми в России сегодня — это главным образом Крым, Татарстан, Башкортостан, а также крупные города, куда мигрировало население из этих регионов. Встречается она и среди потомков татарской знати, и в среде крещёных татар, где сохранились доисламские или арабизированные имена.

По сословной принадлежности носители фамилии Хилми в Российской империи могли быть как из мещан и купцов, так и из крестьян-мусульман — однозначной привязки к дворянству нет. Важно, что в ряде случаев фамилия могла быть записана как Хильми, с мягким знаком, что отражает произношение в арабском оригинале. Таким образом, фамилия Хилми — это не прозвище по профессии или внешности, а прямой наследник личного имени с глубоким смысловым наполнением, указывающим на спокойный и сдержанный нрав предка.