Фамилия Гельметдинова — женская форма, мужской вариант — Гельметдинов. Это фамилия тюркского происхождения, скорее всего татарского или башкирского, с ярко выраженной исламской основой. В её составе легко угадывается арабское имя «Гильметдин» (Гыйльметдин), которое в русской записи могло потерять начальный звук «г» или изменить его.

Разбираем имя-основу. «Гильметдин» (иногда пишут «Гельметдин») состоит из двух частей: «гильм» (знание, наука) и «дин» (вера, религия). Вместе это означает «знание веры» или «учёный в делах религии». Такое имя давали мальчикам в семьях, где ценили образованность и благочестие, нередко в среде мусульманского духовенства. Фамилия образована по стандартной для тюркских народов России модели: к имени отца добавляли русский суффикс принадлежности -ов/-ев. Таким образом, Гельметдинов — буквально «сын Гельметдина», то есть потомок человека, носившего это имя.

Суффикс -ова указывает на принадлежность женщине (дочери или жене Гельметдинова). В русской традиции конца XIX — начала XX века, когда у татар и башкир массово закреплялись фамилии, женская форма стала обязательной для замужних и незамужних женщин в документах.

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону: Татарстан, Башкортостан, а также Оренбургская и Челябинская области. Встречается и у казахского населения, но реже. Вариант написания «Гельметдинова» (через «е» в первом слоге) — результат адаптации тюркского звука «ы» или «ый» к русскому произношению; в татарском оригинале имя звучало бы ближе к «Гыйльметдин».

Сословно предки носителей фамилии чаще всего относились к государственным или ясачным крестьянам, реже — к купечеству или духовенству. Дворянских корней у фамилии нет, так как в среде татарской аристократии (мурз и князей) использовались другие модели фамилий, часто без русифицирующего суффикса -ов.