Фамилия Килимбетов — редкая и звонкая, с явным тюркским следом. Её основа, имя или прозвище Килимбет, скорее всего, сложена из двух частей. Первая, килим (или келим), в тюркских языках может означать «приход», «прибытие» или восходить к арабскому «калим» — «слово», «речь». Вторая часть, бет (или бек в оглушённом варианте), — это титул «князь», «господин», «начальник», широко распространённый у тюркских народов. Таким образом, имя Килимбет могло означать «пришедший господин», «князь слова» или «тот, чья речь — закон». Это типичная для тюркской ономастики модель, где к личному имени добавлялся социальный маркер.

Фамилия образована по русской модели с патронимическим суффиксом -ов: Килимбетов — буквально «сын Килимбета». Такая схема была стандартной для крещёных или интегрированных в российскую административную систему тюркских народов, особенно в Поволжье, Приуралье и Казахстане. Суффикс -ов указывает на то, что фамилия фиксировалась в российских документах, скорее всего, не раньше XVIII–XIX веков.

Интересно, что фамилия не имеет типичного для русского уха корня и не встречается в центральных губерниях России. Её география — это южный Урал, Оренбуржье, Башкортостан, а также северные районы Казахстана. Встречаемость крайне низкая, что говорит о локальном происхождении: вероятно, родоначальник был заметным человеком в своём ауле или деревне, и его прозвище закрепилось за потомками именно в этой местности.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Килимбаев, Килимбаков, Килимбетов) показывает, что вторая часть варьируется: там, где у других стоит «бай» (богач) или «бак» (смотри), здесь — «бет/бек». Это подчёркивает, что предок носителя фамилии, возможно, обладал не столько богатством, сколько властью или авторитетом в общине. Никаких документальных свидетельств о дворянском происхождении Килимбетовых нет — это, скорее всего, фамилия служилых татар, казаков или башкир, которые получали её при переписях или зачислении в казачье сословие.