Фамилия Гатаулина образована от мужского имени Гатаулла, которое имеет арабские корни и переводится как «дар Аллаха». Это имя сложное: первая часть «гата» (от арабского ‘ата’ — «дар») соединяется с «улла» (сокращение от «Аллах»). В тюркской и татарской среде такие имена с частицей «улла» были особенно распространены, так как несли религиозный смысл — подчёркивали, что ребёнок дан Богом. По той же модели возникли имена Гибадулла («раб Аллаха»), Хайрулла («благо Аллаха») и другие.

Русский суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Гатаулина — буквально «дочь или жена Гатауллы». В документах XIX — начала XX века, когда у татар и башкир активно фиксировали фамилии, такой способ оформления был стандартным. Интересно, что в некоторых переписях фамилию записывали как Гатауллин — с двойным «л», что ближе к арабскому написанию имени. Разнобой в документах объясняется тем, что переписчики не всегда знали, как передать гортанные звуки кириллицей.

Географически фамилия чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане и в Оренбургской области. Там же распространены однокоренные фамилии — Гатауллин, Гатаулов, Гатаев. Все они восходят к тому же арабскому имени, но с разными суффиксами. Например, Гатаулов — более поздняя форма, возникшая под влиянием русских фамилий на -ов, когда имя Гатаулла осмыслили как основу на согласный.

Процесс закрепления фамилий у мусульманских народов России растянулся на десятилетия, поэтому точное время возникновения рода Гатаулиных можно установить только через генеалогические изыскания — например, по ревизским сказкам или метрическим книгам мечетей. В них фамилия могла фиксироваться непоследовательно: сначала как отчество (Гатауллин сын), а позже уже как наследственное именование.