Фамилия Гайнуллина (мужская форма — Гайнуллин) происходит от арабского мужского имени Гайнулла. В основе лежит сложение двух корней: «айн» (глаз, источник, суть) и «Аллах» (Бог). Поэтому имя переводят по-разному: «источник Аллаха» (то есть благодати), «око Аллаха» (в смысле «наблюдатель» или «зрящий Бога») либо, по более бытовой версии, «сын богатого человека» — от тюркского переосмысления корня «гайни» как «богатство, достаток». Первое значение, связанное с религиозным контекстом, выглядит для арабского имени первичным.

Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Гайнулл- добавился суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Гайнуллы). В татарской и башкирской среде, где имя Гайнулла было распространено, фамилии на -ин так же привычны, как и на -ов, поэтому Гайнуллин — типичная фамилия для тюркоязычных народов Поволжья и Приуралья. В женской форме — Гайнуллина — окончание -а указывает на пол носителя, но сама фамилия склоняется по падежам как прилагательное.

Процесс закрепления фамилий у татар и башкир шёл в основном в XIX — начале XX века, поэтому точную дату и место возникновения конкретной ветви Гайнуллиных можно установить только по архивным ревизским сказкам или метрическим книгам. Однако ясно, что предки носителей этой фамилии были людьми, получившими имя Гайнулла при рождении — скорее всего, в семьях, где ценили арабскую мусульманскую традицию имянаречения. Само имя встречается и у татар, и у башкир, и у казахов, поэтому география фамилии широкая, но ядро — Татарстан, Башкортостан, Оренбуржье.

Словообразовательная модель проста: мужское имя → притяжательное прилагательное с суффиксом -ин → фамилия. Никаких редких суффиксов или диалектных черт здесь нет, что делает фамилию прозрачной для этимологического разбора. По сословной принадлежности Гайнуллины могли быть как крестьянами, так и муллами или торговцами — имя с религиозным оттенком нередко давали в семьях, связанных с исламским образованием.