Фамилия Айтмулинова — редкий пример фамилии, образованной от полного арабского имени с тюркским родовым суффиксом. Её основа — мужское имя Айтмулин, которое в свою очередь составное: первая часть «Айт» (от арабского «айд» — праздник, или от тюркского «ай» — луна, месяц), вторая — «мулин» (искажённое «мулла» или «муалим» — учитель, знаток). Скорее всего, имя Айтмулин означало «праздничный мулла» или «лунный учитель» — прозвище человека, родившегося в праздник или отличавшегося учёностью.

Суффикс «-ова» указывает на принадлежность: Айтмулинова — «дочь (или жена) Айтмулина». Это типичная русская патронимическая модель, адаптированная к тюркскому имени. Встречается фамилия преимущественно у казахов и башкир, где такие составные имена с религиозным оттенком были распространены в XVIII–XIX веках. Интересно, что фамилия сохранила полную форму имени-основы, а не сократила его, как часто бывало в русских переписях.

По сословной принадлежности предки Айтмулиновых, скорее всего, были муллами или сельскими учителями при мечети — людьми грамотными, знавшими арабскую письменность. В кочевых и полукочевых обществах такие имена давали детям в знак уважения к религии и образованию. Встречается также вариант Айтмулин — мужская форма, от которой женская образована стандартным прибавлением «-а».