Фамилия Гельмитдинова — женская форма, а мужская, Гельмитдинов, образована по стандартной русской модели притяжательных прилагательных с суффиксом -ов. В основе лежит арабское личное имя, точнее, его тюркская адаптация. Разбор фамилии стоит начать с корня, потому что он редок и неочевиден для носителя русского языка.

Исходное имя — Гельмитдин, которое восходит к арабо-мусульманскому «Гильметдин» (варианты: Гильмитдин, Гильметдин, Кельметдин). Оно составное: первая часть «гильм» (или «ильм») означает «знание», «наука», вторая — «дин» — «вера», «религия». В целом имя переводится как «знание веры» или «свет религии». В тюркских языках, особенно в татарском и башкирском, звук «г» в начале слова часто смягчается или переходит в «гь» на диалектном уровне, отсюда форма «Гельмитдин». Фамилия закрепилась в варианте с конечным -ов, что типично для русификации татарских и башкирских фамилий в XIX–XX веках.

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону: Татарстан, Башкортостан, а также к соседним областям с татарскими диаспорами (Оренбургская, Челябинская). По сословному происхождению носители чаще всего — крестьяне или мещане, так как в среде татар-мусульман фамилии на -ов стали массово оформляться после ревизий и переписей, когда требовалось закрепить родовое имя. Духовенство (муллы) и купцы могли носить фамилии с другим оформлением, например, на -ин или без суффикса, поэтому Гельмитдиновы — это преимущественно сельские жители, чей предок получил имя в честь религиозного понятия.

Интересная деталь: в некоторых архивных записях XIX века фамилия встречается в написании «Гильмитдинов» или «Гильметдинов», что точнее передаёт арабский корень. Форма с «е» в первом слоге — результат местного произношения, где звук «и» редуцировался или перешёл в «е» под влиянием мягкого «ль». Таким образом, написание «Гельмитдинова» — это диалектный вариант, закреплённый в паспорте, но корень у фамилии один: от имени, означающего «знаток веры».