Фамилия Гилемянов — яркий пример того, как русская фамилия может быть построена на тюркском корне. В основе лежит мужское имя Гилемя (или Гилем), которое восходит к арабскому «калим» — «говорящий», «оратор», «красноречивый». В тюркской среде, особенно у башкир и татар, имя Гилем было распространено, а его форма Гилемя — ласкательный или просторечный вариант. Таким образом, фамилия буквально означает «потомок Гилеми».

Модель образования здесь классическая для восточных регионов России: к основе на -а (Гилемя) добавляется русский патронимический суффикс -нов. Это характерно для фамилий, которые оформлялись в XVIII–XIX веках при переходе от отчества к наследственной фамилии. Суффикс -ов (-ев) здесь вытеснил бы тюркский -ин, который встречается реже, но тоже возможен (сравните: Гилемянов и Гилемянин). Выбор именно -ов говорит о том, что фамилия закрепилась в русскоязычной административной среде, скорее всего, при переписях или рекрутских наборах.

Географически фамилия Гилемянов почти наверняка имеет башкирские или татарские корни. В Башкортостане и соседних областях (Оренбургская, Челябинская) она встречается чаще всего. Предки носителей этой фамилии, вероятно, были из числа тептярей или башкир-вотчинников, но в сословном отношении могли быть и государственными крестьянами, и казаками. Редкая огласовка — с буквой «ё» (Гилёмянов) — встречается, но не является нормой и, скорее всего, возникла из-за особенностей местного произношения.

Стоит отметить, что в некоторых регионах фамилию могли записать как Гилемьянов — с разделительным мягким знаком, что тоже отражает произношение. Но основной вариант — через «я» и без мягкого знака — самый устойчивый. Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Гилемханов, Гилемшин, Калимуллин), то Гилемянов стоит особняком: в ней нет второго компонента (как -хан или -улла), что делает её более «короткой» и прямой — просто «сын Гилеми».