Фамилия Кильмасова — женская форма фамилии Кильмасов, и её разумнее всего анализировать через мужской вариант. В основе лежит личное имя или прозвище Кильмас, которое имеет тюркские корни. Скорее всего, оно восходит к татарскому или башкирскому имени с компонентом «киль» (приходи, прибывай) и «мас» (не, без). В таком случае Кильмас может означать «не пришедший» или «не прибывший» — имя-оберег, которое давали, чтобы уберечь ребёнка от сглаза или болезней: считалось, что злые силы не заберут того, кто «не пришёл» в этот мир по-настоящему.

Суффикс -ов в фамилии Кильмасов типичен для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ. Он указывает на принадлежность: «сын Кильмаса» или «из рода Кильмаса». Фамилия могла закрепиться за крестьянами или служилыми людьми тюркского происхождения, которые переходили на русскую службу и принимали православие. В Поволжье и Приуралье, где веками жили татары, башкиры и русские рядом, такие фамилии не редкость.

Географически фамилия Кильмасов (и, соответственно, Кильмасова) чаще всего встречается в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане. Это выдаёт её региональную привязку к зоне активных тюркско-славянских контактов. Встречаются также варианты написания через «е» — Кильмесов, но основная форма устойчиво сохраняет «а» в корне.

Сравнение с однокоренными фамилиями, например, Кильмаметов или Кильдибаев, подтверждает, что первый компонент «киль-» — продуктивный элемент в тюркской антропонимии. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог — Кильма́сова, хотя в разных говорах возможны смещения, так как тюркские имена часто сохраняют исходное ударение на последнем слоге основы.

Таким образом, носительница фамилии Кильмасова может с высокой вероятностью проследить свои корни до тюркского предка, носившего обережное имя Кильмас, жившего на стыке культур в южноуральском регионе.