Фамилия Давлетдинова — женская форма мужской фамилии Давлетдинов. В основе лежит арабское имя Давлетдин (Давлет + дин), что в переводе означает «богатство веры» или «государство религии». Первая часть имени, «давлет», в тюркских языках со временем приобрела значение «счастье, благополучие, богатство», а «дин» — это «вера, религия». Таким образом, имя Давлетдин — это составное теофорное имя, данное с пожеланием, чтобы человек был богат духовно и крепок в вере.

Фамилия образована по самой распространённой в России модели: к основе имени Давлетдин добавили русский патронимический суффикс -ов, а затем окончание -а, указывающее на принадлежность женщине. Такая модель типична для фамилий тюркского и арабо-мусульманского происхождения, которые массово вошли в русский обиход в XIX–XX веках. Носительница фамилии — потомок человека по имени Давлетдин.

Географически фамилия Давлетдинова чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах с традиционно сильным татаро-башкирским населением. Встречается она и среди казахов, хотя у казахов более распространены фамилии на -улы/-кызы, а не на -ов/-ова. В русских документах фамилия закрепилась именно в такой русифицированной форме, что отличает её, например, от исходной татарской формы Давлетдинов, где ударение могло падать на последний слог.

В отличие от многих фамилий, образованных от прозвищ или профессий, Давлетдинова напрямую ведёт к личному имени. Это значит, что родоначальник, скорее всего, не был носителем какого-то особого ремесла или яркой внешней черты — его главной характеристикой было имя, данное при рождении. Среди однокоренных фамилий — Давлетов (от имени Давлет), Давлетшин (с уменьшительно-ласкательным суффиксом -ш), а также более редкие варианты вроде Давлетбаев.