Фамилия Гилимзянова — женская форма мужской фамилии Гилимзянов, распространённой в среде татар и башкир. Корень фамилии — арабское имя Гилимзян (Галимзян), которое в свою очередь восходит к арабскому «Галим» (знающий, учёный) и персидскому «жан/зян» (душа). Буквально имя Галимзян означает «душа знания» или «обладающий душой учёного». Это составное теофорное имя, популярное в мусульманской среде Поволжья и Приуралья.

Фамилия образована по типичной для тюркских народов модели: к имени Гилимзян добавили русский патронимический суффикс -ов (в женском варианте -ова), что указывает на принадлежность к роду: «сын Гилимзяна» или «из дома Гилимзяновых». Встречаются варианты написания с буквой «а» в первом слоге — Галимзянова, что ближе к арабскому произношению, но форма с «и» (Гилимзянова) тоже закрепилась в документах, особенно в татарской среде, где гласные первого слога могли редуцироваться.

Географически фамилия чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах исторического расселения волго-уральских татар. Предки носителей фамилии, скорее всего, были муллами, учителями или просто грамотными людьми — имя Галимзян давали в семьях, где ценили образование и религиозную учёность, хотя к XX веку оно стало обычным, без обязательной сословной привязки.

Отдельного внимания заслуживает редкий для русских фамилий элемент «зян» в основе. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые в русском языке обычно происходят от прозвищ или крестильных имён, здесь мы видим приспособленное к русской грамматике арабо-персидское имя, что делает фамилию ярким маркером межкультурного взаимодействия в Российской империи.