Фамилия Гатауллов образована от арабского мужского имени Гатаулла. Её основа — сложное имя, где первая часть «гата» переводится как «дар, подарок», а вторая, «улла», восходит к слову «Аллах». В целом имя Гатаулла означает «дар Аллаха». Такое имя в мусульманских семьях чаще всего давали долгожданному, горячо любимому сыну. Родители, называя ребёнка Гатауллой, желали ему стать достойным мусульманином и видели в нём божий дар.

Словообразовательная модель здесь типична для фамилий тюркских и исламских народов России: к основе, заимствованной из арабского, добавляется русский патронимический суффикс -ов. Он указывает на принадлежность: «сын Гатауллы» или «потомок Гатауллы». Со временем фамилия закрепилась в документах и перестала меняться.

В написании фамилии возможны варианты — Гатауллин, Гатаулов, — но форма Гатауллов встречается реже и чаще фиксируется у татар и башкир. Географически фамилия распространена в Татарстане, Башкортостане и среди диаспор в других регионах России.

В отличие от многих русских фамилий, образованных от календарных имён, Гатауллов несёт прямую отсылку к исламской традиции именования. Имя Гатаулла не входит в число самых распространённых, поэтому фамилия сохраняет более тесную связь с конкретным личным именем предка, а не с профессией или прозвищем.