Фамилия Кильматов — один из тех случаев, где за русским патронимическим суффиксом -ов скрывается нерусская, скорее всего тюркская, основа. Если отбросить окончание, получаем корень Кильмат. Это имя или прозвище, которое и стало ядром фамилии.

Вероятнее всего, Кильмат — это русифицированная форма тюркского имени Килмәт или Гилмәт. В татарском и башкирском языках имя Гилметдин (от арабского «гильм» — знание, наука и «дин» — вера) означает «знание веры», «религиозная учёность». В обиходе длинное имя могли сократить до первой части — Гильмат, Кельмат, а на русской почве оно превратилось в Кильмат. Такой переход (Г → К, смягчение согласных) типичен для адаптации тюркских имён в русской среде: вспомните фамилии Кельматов, Гильманов, Килдияров.

Менее вероятная, но возможная версия связывает основу с тюркским глаголом «киль» (приходить) или «кильмек» (прибывать). Тогда Кильмат могло быть прозвищем для пришлого человека, новосёла. Однако имя Гильметдин встречается в метрических книгах Поволжья и Приуралья гораздо чаще, чем прозвище «Пришедший».

Географически фамилия Кильматов тяготеет к регионам с традиционно сильным татарским и башкирским населением: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская, Челябинская области. Встречается она и у чувашей, и у мордвы, что неудивительно: в этих краях тюркские имена веками бытовали у разных народов.

Суффикс -ов указывает на то, что фамилия формировалась уже в русской административной традиции (например, при переписях или рекрутских наборах) и закреплялась за главой семьи. Предок носителя фамилии, скорее всего, был крещёным татарином или башкиром, либо представителем другого тюркоязычного народа, принявшим православие. Фамилия не даёт прямых указаний на сословие: её могли носить как государственные крестьяне, так и служилые татары, перешедшие в казачье сословие.