Фамилия Кильмянинов — один из тех редких случаев, когда за внешне сложной и неочевидной формой скрывается вполне конкретное географическое происхождение. Её основа — не личное имя и не прозвище, а название населённого пункта. Носитель такой фамилии, скорее всего, потомок человека, который был родом из деревни или села с корнем «Кильмян-».

Разбор по словообразовательной модели здесь прозрачен: суффикс -инов указывает на принадлежность («чей?» — Кильмянинов), а вся конструкция образована от топонима с типичным русским окончанием -ино (ср.: Иваново → Иванов, Репино → Репин). Таким образом, основа «Кильмянино» — это название места. Само название «Кильмянино» (или «Кильмяново») могло произойти от прозвища или имени первопоселенца Кильмян. Это имя, в свою очередь, имеет финно-угорские корни. В языках народов Поволжья (марийском, удмуртском) слово «кильме» или «кильм» означает «холод», «мороз», «зима». Прозвище Кильмян могли дать человеку с суровым, холодным нравом или родившемуся в лютую стужу. Также возможно, что в основе лежит название реки Кильмезь (приток Вятки) — в этом случае «Кильмян» — это человек с берегов Кильмези.

Географически фамилия тяготеет к северо-востоку Европейской России. Наибольшая концентрация носителей исторически фиксируется в Вятской губернии (ныне Кировская область) и в соседних регионах — Удмуртии, Пермском крае. Это полностью соответствует финно-угорскому субстрату в топонимике этих мест. Фамилия недворянская, с высокой долей вероятности — крестьянская или мещанская, возникшая в XVIII–XIX веках, когда за крестьянами массово закреплялись фамилии по месту жительства.

Интересная деталь: в написании фамилии иногда встречается вариант «Кильмянинов» с двумя «н» (как в исходном топониме), но более распространена форма с одним «н» в суффиксе — это результат адаптации к стандартной модели притяжательных прилагательных. Встречается также очень редкий вариант «Кильмянов» — без суффикса -ин-, что указывает на прямой переход от названия деревни без опосредования через «чей?».