Фамилия Гиленсон — редкий для русского слуха пример фамилии на -сон, которая вписалась в русскую ономастику не через скандинавские или немецкие корни, а через еврейскую традицию Восточной Европы. В ашкеназской среде суффикс -сон (или -зон) означал «сын такого-то», и фамилии образовывались от личного имени отца. Основа «Гилен» — это, скорее всего, искажённое или адаптированное древнееврейское имя Гилель (Hillel), что значит «восхваляющий» или «славящий». В произношении восточноевропейских евреев конечное -ль могло редуцироваться, и имя превращалось в «Гилен», к которому и добавили стандартный патронимический суффикс.

По модели образования фамилия Гиленсон — чистая патронимика: «сын Гилеля». В Российской империи такие фамилии были типичны для еврейского населения западных губерний, особенно на территории современной Беларуси, Литвы и Украины. В отличие от славянских фамилий на -ов/-ев, которые тоже передавали отчество, модель на -сон не меняла окончания по родам: жена и дети оставались Гиленсонами, а не становились Гиленсовыми.

Словообразовательный разбор прост: корень «Гилен» (от имени Гилель) плюс суффикс -сон. Важно не путать с фамилией Гиленков — там славянский суффикс -ов, указывающий на иную модель и, вероятно, на другое происхождение. В редких случаях возможна версия, что «Гилен» — это не имя, а топоним, например, местечко с похожим названием, но документальных подтверждений этому нет, и патронимическая версия считается основной.

Сословно носители фамилии чаще всего относились к мещанам или купцам — среди еврейского населения крепостное право практически не встречалось. В метрических книгах XIX века фамилия фиксируется в городах и местечках черты оседлости. Географически фамилия неширокая: она встречается в основном в потомках выходцев из Минской, Витебской и Волынской губерний. В советское время, с миграцией, Гиленсоны расселились по крупным городам, но фамилия осталась малочисленной и узнаваемой именно благодаря своему нетипичному для русской речи окончанию.