Фамилия Гатауллина образована от мужского имени Гатаулла, которое в переводе с арабского означает «дар Аллаха». Это типичная для тюркских народов, особенно татар и башкир, модель: имя, восходящее к исламской традиции, плюс русский суффикс -ин, указывающий на принадлежность к роду. Фактически фамилия отвечает на вопрос «чей?» — «из рода Гатауллы».

Имя Гатаулла (иногда пишется как Гаттаулла или Гатауллах) состоит из двух корней: «гата» (дар, подарок) и «улла» (Аллах). В арабской ономастике это один из теофорных антропонимов, то есть имён, включающих имя Бога. Подобные имена (Абдулла, Убайдулла, Низамутдин) были широко распространены среди мусульман Поволжья и Приуралья. Поэтому географически фамилия Гатауллина чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в регионах с компактным проживанием татар — в Оренбургской, Челябинской, Ульяновской областях.

Процесс закрепления фамилий у татарского и башкирского населения растянулся на несколько поколений. Если в русской среде фамилии на -ин оформились в основном к XVII веку, то у тюркских народов окончательная фиксация произошла позже — в XIX — начале XX века, после введения всеобщей переписи и паспортной системы. Поэтому точное место и время возникновения конкретной ветви Гатауллиных можно установить только через генеалогические разыскания в метрических книгах или ревизских сказках.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в ряду однокоренных: Гатауллин, Гатаулов, Гатаев. Вариант с двойным «т» (Гаттауллина) встречается реже, но тоже возможен — он отражает особенности произношения в татарском языке, где звук может удваиваться. Исходное имя Гатаулла, в отличие от фамилии, в быту почти вышло из употребления, уступив место более современным именам. Таким образом, фамилия Гатауллина — это окаменевшее свидетельство религиозной и языковой традиции, связывающее носителя с исламской культурой и историей Поволжья.