Фамилия Гилемов — яркий пример тюркского пласта в русском ономастиконе, и её разговор стоит начать не с корня, а с суффикса. Типичное окончание -ов указывает на модель образования от отчества или прозвища, но в данном случае мы имеем дело с фонетической адаптацией: исходное имя или прозвище звучало как Гилем, а русский патронимический суффикс -ов превратил его в фамилию. Это характерно для фамилий, возникших в среде татар, башкир или других тюркских народов, которые вошли в состав Российской империи и чьи имена русифицировали при записи в ревизские сказки или метрики.

Основа фамилии — Гилем — восходит к арабскому имени Галим (или Алим), что значит «знающий», «учёный», «сведущий». В тюркских языках, особенно в татарском и башкирском, звук «г» в начале слова — частое явление при заимствовании арабизмов: так арабское «алим» превращалось в «галим», а в разговорной речи — в «гилем». Поэтому Гилем — это не столько самостоятельное имя, сколько сокращённый или диалектный вариант имени Галим. Встречается и полная форма — Галимов, но Гилемов — её фонетическая параллель, характерная для определённых говоров.

Географически фамилия Гилемов тяготеет к регионам Поволжья и Приуралья: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области. В этих краях фамилии на -ов от тюркских имён — массовое явление, но Гилемов выделяется тем, что его основа не так частотна, как, скажем, Салимов или Каримов. Это может говорить о том, что предок носителя был не просто «знающим человеком» (по смыслу имени), а, возможно, имел прозвище Гилем — то есть его так называли за учёность или грамотность, что в крестьянской среде было редкостью и ценилось.

С социальной точки зрения, носители фамилии Гилемов вряд ли принадлежали к высшей аристократии: тюркские фамилии на -ов чаще всего получали государственные крестьяне, ясачные люди или служилые татары. Но имя Галим/Гилем нередко давали детям муллы или деревенские грамотеи, так что предок мог быть либо муллой, либо писарем, либо просто уважаемым за ум человеком. Никаких документальных подтверждений этому нет, но лингвистическая логика подсказывает именно такой портрет.

Спорных версий у этой фамилии немного. Иногда её ошибочно связывают с русским словом «гибель» или «гилем» (устар. «шум, гам»), но это натяжка: арабский корень «илм» (знание) даёт куда более убедительное объяснение, а суффикс -ов окончательно закрепляет тюркское происхождение. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» аналогичные примеры (Галимов, Алимов) разбираются именно как арабские имена в тюркской огласовке, и Гилемов — их близкий родственник.