Фамилия Агмалетдинов — пример того, как в русском языке закрепилось сложное арабское имя с религиозным значением. Её основа — имя Агмалетдин (или Ахмалетдин), которое складывается из двух корней: «агмал» (вариант «ахмал») — «самый совершенный» или «наиболее славный», и «дин» — «вера». В сумме это «самый совершенный в вере» или «славный верой». Такие имена с компонентом «дин» были особенно распространены среди мусульманского духовенства и образованных слоёв тюрко-татарской среды.

Суффикс «-ов» — типичный русский патронимический формант, который прибавляли к тюркским и арабским именам при оформлении фамилий в России. Агмалетдинов буквально означает «сын Агмалетдина» или «потомок Агмалетдина». Фамилия закрепилась в основном среди татар и башкир, а также встречается у других тюркских народов, исповедующих ислам.

В татарском языке имя часто произносится и пишется как «Әхмәлетдин» (Эхмалетдин), что ближе к арабскому «Ахмад». Вариант «Агмалетдин» — результат диалектного смягчения или адаптации звуков в устной речи. Поэтому в метрических книгах и переписях XIX века встречаются разные написания одной и той же фамилии: Ахмалетдинов, Агмалетдинов, Ахметдинов. Последняя форма — самая распространённая, но Агмалетдинов сохранила более архаичный и полный вариант имени-основы.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области. Носители фамилии часто были связаны с сельским хозяйством или торговлей, но в силу значения имени могли происходить и из семей мулл или учителей медресе. В советское время фамилия не утратила связи с национальной идентичностью, хотя её носители расселились шире.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Ахметов, Ахмадуллин, Галиуллин) показывает, что Агмалетдинов стоит в ряду тех, где основа — полное имя с религиозным оттенком, а не сокращённое прозвище. Это делает её более «книжной» и менее бытовой.