Фамилия Кильмаметова — одна из тех, что прямо ведет в тюркский мир и к исламской культуре Волго-Уралья. Её основа — мужское личное имя Кильмамет, которое распространено у татар и башкир. Это имя составное: первая часть «киль» восходит к арабскому «кылым» (слово, речь) или же к тюркскому глаголу со значением «приди, приходи» (от «кил»), а вторая — «Мамет» — это народная форма имени Мухаммад (в тюркской огласовке часто Мамет, Мэмэт). Таким образом, имя Кильмамет можно истолковать как «пришедший Мухаммад» или «слово Мухаммада» — типичный для тюркской ономастики случай, когда к сакральному имени добавляют пожелание или обстоятельство.

Суффикс «-ова» в этой фамилии указывает на принадлежность, но с оговоркой. В русской традиции фамилии на «-ов» образуются от мужских имен и означают «чей?» — сын такого-то. Однако Кильмаметова — это женская форма. Мужской вариант звучит как Кильмаметов. В татарской и башкирской среде фамилии часто оформлялись по русскому образцу после присоединения Поволжья к Московскому государству, но основа оставалась тюркской. Поэтому носительница фамилии Кильмаметова — прямая потомка человека по имени Кильмамет, который жил, скорее всего, в XVI–XVIII веках.

Географически фамилия привязана к территориям современного Татарстана, Башкортостана, а также Оренбургской и Челябинской областей. Встречается она и в Удмуртии, где есть татарские и башкирские диаспоры. Предки носителей этой фамилии — не знать и не духовенство, а обычные крестьяне, ремесленники или воины (служилые татары). В ревизских сказках и метрических книгах XIX века Кильмаметовы записаны как «тептяри» или «башкиры-вотчинники» — то есть люди, платившие ясак или нёсшие военную службу.

С точки зрения словообразования фамилия редкая: составное имя с компонентом «киль» встречается нечасто. Есть однокоренные фамилии Кильматов, Кильмухаметов, но именно Кильмаметов/Кильмаметова сохраняет архаичную огласовку — без перехода «а» в «у» под влиянием русского языка. Это указывает на то, что фамилия закрепилась в письменности рано, возможно, ещё в XVII веке.

Если коротко: фамилия Кильмаметова — это женский вариант отчества, образованного от татаро-башкирского имени Кильмамет. Она указывает на мусульманские корни предков, на их принадлежность к тюркскому населению Приуралья и на то, что в роду когда-то был человек, которого назвали «пришедшим Мухаммадом» — с надеждой на его благочестивую жизнь.