Фамилия Гаиуллин — тюркская по происхождению, и её разбор стоит начать с имени-основы. В её основе лежит арабское имя Гаиулла (Гайулла), которое входит в ряд мусульманских имён, образованных от слова «аллах». Первая часть, «Гаи» (или «Гай»), может восходить к арабскому глаголу со значением «помощь» или «поддержка», а в сочетании с «улла» имя осмысляется как «помощь Аллаха» или «поддержка Всевышнего». Таким образом, Гаиуллин буквально значит «потомок Гаиуллы» или «принадлежащий к роду Гаиуллы».

Фамилия образована по типичной для татар и башкир модели: к личному имени добавляется русский патронимический суффикс -ин. В русской среде такие фамилии закрепились в XVIII–XIX веках, когда у народов Поволжья и Приуралья начали массово фиксировать фамилии по отцовскому имени. Суффикс -ин здесь указывает на принадлежность, как в фамилиях Пушкин или Гагарин, но применительно к тюркскому имени.

Географически фамилия Гаиуллин распространена в Татарстане, Башкортостане, а также среди татарских диаспор в других регионах России. Встречаются варианты написания: Гайуллин, Гаиуллин — оба допустимы, так как передача арабских звуков через кириллицу не всегда единообразна. Форма с «аи» (Гаиуллин) может быть более старой или диалектной, отражающей произношение с долгим гласным.

Сословно предки носителей фамилии чаще всего относились к государственным крестьянам или тептярям — особому сословию в Башкирии, платившему подати, но не несшему рекрутской повинности. Знатных дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано, что типично для мусульманских фамилий, вошедших в обиход после реформ XIX века.

Спорных версий у фамилии почти нет — корень прозрачен, а альтернативное объяснение, связывающее «Гаи» с тюркским словом «гай» (река), маловероятно, так как имя Гаиулла уверенно выводится из арабской ономастики. В ономастических работах В. А. Никонова и Г. Ф. Саттарова эта модель описана как типичная для татарских фамилий на -ин, образованных от арабских теофорных имён.