Фамилия Килимистая — редкий случай, когда прозвище перешло в фамилию почти без изменений, сохранив женский род. В русской традиции фамилии на -ий/-ая обычно имеют дворянское или польское происхождение, но здесь ситуация иная. Основа фамилии — «килим», что в тюркских языках (особенно в украинском и южнорусских говорах) означает безворсовый ковёр ручной работы. Килимы ткали из шерсти, украшали геометрическим орнаментом, и это было распространённым ремеслом в степных регионах — от Крыма до Кубани.

Суффикс -ист- в данном случае указывает на признак: «килимистая» — «та, что делает килимы» или «та, что похожа на килим» (например, пёстрая, узорчатая одежда). Но первая версия правдоподобнее: фамилию могли дать женщине-ткачихе, которая славилась изготовлением ковров. В крестьянской среде прозвище часто закреплялось за вдовой или главой семьи, а затем переходило к детям. Мужской вариант — Килимистый — встречается, но реже, что подтверждает: фамилия могла возникнуть именно от женского прозвища, а не по модели «сын Килимиста».

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украины. Встречается в Краснодарском крае, Ростовской области, а также среди казачества. В польском языке есть похожая фамилия Kilimisty, но она связана с тем же корнем и могла прийти через переселенцев. Интересно, что в некоторых говорах «килимом» называли и попону, и даже грубое одеяло, так что прозвище могло быть ироничным — так могли назвать женщину, которая кутается в пёстрое покрывало.

Анализ суффикса не оставляет сомнений: фамилия образована напрямую от прилагательного, минуя патронимические суффиксы -ов/-ев. Это говорит о её позднем закреплении (XIX век) и недворянском происхождении. В метрических книгах XIX века такие фамилии часто писали «начерно», а при переписях фиксировали как есть.