Фамилия Кильметов образована от личного мужского имени Кильмет. Это имя — скорее всего, сокращённый или диалектный вариант более полного татарского имени Кильмухаммет. В буквальном переводе Кильмухаммет означает «земля под ногами пророка Мухаммеда» — формула почтения и смирения, характерная для мусульманской ономастики. Родители, называя сына Кильметом, желали ему стать достойным и благочестивым последователем ислама.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: основа «Кильмет» плюс русский патронимический суффикс -ов. Такие фамилии появлялись у тюркских народов в XIX — начале XX века, когда при записи в метрические книги или при переписях к татарским именам добавляли русское окончание, чтобы оформить фамилию по образцу государственного делопроизводства. То есть Кильметов — буквально «сын Кильмета».

Встречается фамилия преимущественно в Татарстане, Башкортостане и среди татарских диаспор в соседних областях — Оренбургской, Челябинской, Свердловской. Региональная привязка помогает отличить её от редких омонимичных фамилий, которые могли возникнуть в других языковых средах (например, от калмыцкого или монгольского корня, но эти версии маловероятны для русской фамилии с суффиксом -ов).

Споров вокруг происхождения немного. Основная версия — от имени Кильмухаммет — поддерживается и тюркологами, и ономастами (ср. с фамилиями Кильметдинов, Кильмухаметов, где сохранился полный вариант имени). Встречающееся изредка предположение, что в основе лежит топоним или название ремесла, не находит подтверждения: ни в словарях, ни в исторических документах такой корень не зафиксирован как апеллятив.

Таким образом, фамилия Кильметов — типичный пример татарской фамилии, закрепившейся через русскую патронимическую форму. Её носители — потомки людей, которых звали Кильмет, а те, в свою очередь, носили имя, прославляющее пророка Мухаммеда.