Фамилия Мамахалилов — наглядный пример того, как арабское имя, пройдя через тюркские языки, закрепилось в русской фамильной модели. Её основа — мужское имя Мамахалил, которое представляет собой сложносоставную конструкцию, типичную для мусульманского ономастикона. Первая часть, «Мама», — это не «мать», а диалектная или фонетически упрощённая форма арабского имени Мухаммад (восхваляемый). В тюркской среде, особенно у кумыков, ногайцев, чеченцев и других народов Северного Кавказа, имя Мухаммад часто сокращалось до «Мама», «Мами» или «Мамма» — так было удобнее произносить в быту. Вторая часть — Халил (от араб. خليل — «близкий друг», «верный»; один из эпитетов пророка Ибрахима, которого в исламе называют Халилуллах — «друг Аллаха»). Сложение двух имён в одно (Мухаммад + Халил) — распространённый способ образовать новое имя, прославляющее обоих: «Восхваляемый, близкий Богу».

Русский суффикс -ов присоединился к основе «Мамахалил» по стандартной модели: так образовывали фамилии от имён, оканчивающихся на согласный (ср. Иванов, Петров). Ударение в фамилии, скорее всего, падает на третий слог: Мамахали́лов. Фамилия указывает на отчество: предка звали Мамахалил, а его потомки стали Мамахалиловыми.

Географически фамилия привязана к регионам, где распространены кумыкский, чеченский и, реже, аварский языки — прежде всего Дагестан и Чечня. В русских переписях и базах данных она встречается почти исключительно у представителей этих народов. Социальный состав носителей в прошлом — крестьяне, ремесленники, аульские жители, но никаких сословных привилегий фамилия не несёт: она образована от личного имени, а не от титула или профессии.

С точки зрения словообразования, фамилия Мамахалилов интересна тем, что сохранила редкую для русского уха конструкцию: двойное имя в основе. Если сравнивать с однокоренными, то в той же среде встречаются фамилии Мамаев (от Мамай — тюркская форма Мухаммада), Халилов (от Халил) и Мамаханов (где вторая часть — «хан»). Мамахалилов стоит особняком: это не «сын Мамы» и не «сын Халила», а «сын того, кого звали Мамахалилом». Такие формы — маркер того, что имя-композит воспринималось как единое целое, без осознания его составных частей.