Фамилия Гильмадеева — женская форма, а её мужской вариант — Гильмадеев. Она принадлежит к числу фамилий тюркского происхождения, распространённых у татар и башкир. В основе лежит арабское имя Гильмади (Гыйльмади), которое состоит из двух корней: «гильм» (знание, наука) и «дин» (вера, религия). Таким образом, имя Гильмади означает «знание веры» или «учёный в делах религии». Фамилию образовали по русской модели с патронимическим суффиксом -ев, который в тюркских фамилиях часто присоединяли к основе, заканчивающейся на мягкий согласный или «й».

Интересно, что в татарской ономастике встречается и другой вариант той же основы — Гильманов, где суффикс -ов присоединён к усечённой форме имени Гильман. Фамилия Гильмадеева — более редкая и точная, она сохраняет полную структуру имени-предка. Исходное имя Гильмади могло быть дано мальчику в семье, где ценили религиозное образование, — возможно, предок был муллой, учителем при мечети или просто человеком, сведущим в исламских науках.

Географически фамилия чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах, где исторически компактно проживают татары и башкиры. Встречаются и более ранние формы: в дореволюционных метрических книгах можно найти запись «Гильмадеев» без отчества — так фиксировали фамилию по имени отца. Сословно носители фамилии могли принадлежать как к крестьянам, так и к торговцам или духовенству — имя «учёный в вере» нередко давали в семьях, где ждали от сына религиозной карьеры.

С точки зрения словообразования фамилия Гильмадеева — яркий пример того, как русский суффикс -ев склеился с арабским антропонимом, пройдя через татарское посредничество. Подобных фамилий в татарской среде много: Габдуллин, Мухаметдинов, Фаттахов. Но Гильмадеева выделяется тем, что её основа — не просто имя, а составное теофорное имя, которое буквально описывает занятие или качество человека.