Фамилия Гадильшина — редкий для русского уха пример, в котором за патронимическим суффиксом скрывается не славянское, а тюркское имя. Это женская форма, мужской вариант — Гадильшин. Основа фамилии восходит к личному имени Гадильша, которое бытовало в среде татар и башкир. Имя это составное: «Гадиль» (от арабского ‘адиль — «справедливый») и «ша» (сокращение от «шах» — «владыка», «господин»). В целом имя Гадильша можно перевести как «справедливый владыка» или «господин справедливости». Фамилию образовали по тюркской модели: к имени отца (Гадильша) добавили русский суффикс принадлежности -ин, который в Поволжье и Приуралье легко прикреплялся к мусульманским именам при оформлении документов.

Географически фамилия Гадильшина чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — в тех регионах, где исторически жили татары и башкиры. Появление фамилии относится, скорее всего, к концу XIX — началу XX века, когда после отмены крепостного права и в ходе административных реформ нерусское население массово получало фамилии по отцу. Предки носителей фамилии не были дворянами или купцами: это крестьяне или ремесленники, чью фамилию записал чиновник, исходя из имени отца — Гадильши.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в ряду таких же татарских фамилий на -ин: Габдуллин, Ахметшин, Ибрагимов. Суффикс -ин в русской ономастике обычно указывает на принадлежность («чей?»), так что Гадильшина буквально означает «дочь или жена Гадильши». В отличие от славянских фамилий на -ов/-ев, где основа чаще прозвище или профессия, здесь — чистое отчество. Споров о происхождении почти нет: редкая альтернативная версия связывает имя Гадильша с искажённым «Гадельша» (от арабского «справедливый»), но оба варианта сходятся к одному корню. Фамилия не имеет отношения к русским словам «гадить» или «гад» — это случайное звуковое совпадение.

Единственная деталь, которая отличает эту фамилию от десятков похожих: в некоторых переписях начала XX века встречается написание «Гадельшина» через «е», что отражает местное произношение имени. В современных паспортах закрепилась форма с «и» — Гадильшина.