Фамилия Гайнулин образована от арабского мужского имени Гайнулла (вариант — Гайнуллах). Её основа — два корня: «гайн» и «улла». Первый корень, «гайн», многозначен: в арабском языке это слово означает и «глаз» (как орган зрения), и «родник», «источник». В переносном смысле оно приобретает значения «точный», «истинный», а также «самый лучший», «избранный», «дорогой». Второй компонент — «улла» — восходит к имени Аллаха (арабское «Allah»), но в составе имени он стоит в родительном падеже и переводится как «от бога» или «божий». Таким образом, полное имя Гайнулла означает буквально «глаз Бога», «источник Бога» или, в более возвышенном толковании, «избранник Божий», «истинно верующий». Имя это распространено у многих тюркских и кавказских народов, исповедующих ислам, — у татар, башкир, казахов, узбеков, чеченцев.

Фамилия Гайнулин — типичная русская патронимическая модель на -ин, которая закрепилась за потомками человека по имени Гайнулла. В русской традиции суффикс -ин присоединялся к основам на -а, -я: Гайнула → Гайнулин, то есть «сын Гайнулы». Эта фамилия — одна из многих, образованных от арабо-мусульманских имен в среде поволжских татар и башкир, где в XIX — начале XX века при переписях и паспортизации активно использовали русские фамильные суффиксы. Интересно, что в самой тюркской среде фамилия могла бы звучать как Гайнуллаев, но именно вариант на -ин прижился в регионах с сильным русским влиянием — в Татарстане, Башкортостане, Оренбуржье.

У фамилии есть и редкая параллельная форма — Гайнуллин, с удвоенным «л». Это объясняется тем, что в арабском написании имя Гайнулла содержит удвоенную «л» (шадда), но в русской передаче она часто упрощается до одной. Оба варианта встречаются, но Гайнулин — более частотный, особенно в татарских родословных.

Социально фамилия не была привязана к какому-то одному сословию: носители имени Гайнулла встречались и среди мулл, и среди крестьян, и среди купцов. В дореволюционных метрических книгах Гайнулины записаны в основном как государственные или удельные крестьяне, реже — как мещане. После революции фамилия получила широкое распространение в Поволжье и на Урале, а в советское время её носители — люди самых разных профессий, от инженеров до врачей.