Фамилия Гилимьянова — женская форма от Гилимьянов, а та, в свою очередь, тюркского происхождения. Её основа — мужское имя Гилимьян, которое представляет собой сложение двух корней: арабского «’ильм» (знание, наука) и персидского «джан» (душа). Буквально имя можно перевести как «душа знания» или «душа учёного». В мусульманской среде такие составные имена с компонентом «джан» (Ян) встречаются часто, например, Алмазян, Ахметжан. Суффикс -ов (-ев) в русской передаче закрепил фамилию как патроним — «сын Гилимьяна».

География фамилии указывает на её распространение в регионах, где живут башкиры и татары. В башкирском языке имя Гилимьян (Ғилемйән) известно и сейчас, хотя встречается нечасто. Встречаются и варианты написания: Гилимжанов, где «ж» отражает тюркское произношение «джан». Таким образом, носительница фамилии Гилимьянова почти наверняка происходит из башкирской или татарской семьи, где предок получил имя в честь образованного, религиозного или уважаемого человека — муллы, учителя, книжника.

Интересная деталь: в русской записи фамилия сохранила мягкий знак (Гилимьянов), что нехарактерно для большинства тюркских патронимов, адаптированных в русском языке (сравните с Ахметов, Каримов). Мягкий знак в корне указывает на то, что имя записывали на слух, передавая йотированное окончание (-ян), а не через распространённый суффикс -ан. Такая орфография — редкий след живой устной традиции, когда имя произносили именно как Гилимьян, а не Гилимжан.

Сословной принадлежности предков по фамилии не определить: имя Гилимьян могли дать и в семье простого крестьянина, и в роду муллы. Но сама семантика имени — «душа знания» — говорит о том, что родители желали сыну ума и учёности, что в традиционном обществе было важнее богатства. Фамилия не частая, в списках носителей преобладают жители Башкортостана и Челябинской области.