Фамилия Гедимин ведет начало от древнего литовского имени Гедимин, которое принадлежало основателю династии Гедиминовичей — великому князю литовскому Гедимину (ок. 1275–1341), соправителю Литвы, князю Жмудскому. Само имя двусоставное: первая часть восходит к литовскому gedauti — «тосковать», «стремиться», вторая — к mintis — «мысль». Вместе это дает значение «стремящийся мыслить» или «тоскующий по мысли».

Фамилия образована по модели, типичной для русских фамилий, но с основой, не имеющей славянской этимологии. Суффикс в фамилии нулевой — это редкий случай, когда литовское имя перешло в русскую фамилию без дополнительного оформления (-ов, -ин, -ский). Такое могло произойти в среде, где имя Гедимин воспринималось уже как фамильное прозвание: например, у потомков литовских бояр или шляхты, перешедших на русскую службу в XV–XVI веках.

Встречается фамилия преимущественно в западных регионах России, в Беларуси и на Украине — на территориях, входивших в состав Великого княжества Литовского. Носителями могли быть как потомки обедневших ветвей Гедиминовичей, так и крестьяне, получившие фамилию по имени своего господина или по прозвищу, данном за ученость или задумчивый нрав. Вторая версия, хоть и менее вероятна, не исключена: прозвище Гедимин могли дать человеку, которого считали «стремящимся к знанию».

Ономастические словари (например, работы Б. Унбегауна) относят подобные фамилии к числу «литовско-русских» — тех, где балтская основа обрусела без переделки. Гедимин в этом ряду стоит особняком: в отличие от, скажем, фамилии Гедиминов, она сохранила архаичную форму, близкую к исходному княжескому имени.