Фамилия Гильмадинов — яркий пример того, как русская модель фамилии «на -ов» наложилась на имя из тюркского, скорее всего, татарского или башкирского корня. В основе лежит личное имя Гильмади, которое восходит к арабскому «Гильмаддин» (غِلْمَ الدِّين). Это сложное имя: первая часть «гильм» означает «знание», «наука», а вторая — «дин», то есть «вера», «религия». В целом имя Гильмаддин (или его народная форма Гильмади) переводится как «знание веры», «учёный в делах религии». Имя это было распространено в среде мусульманского духовенства и людей, ценивших образованность.

Суффикс «-ов» в фамилии — типично русский патронимический формант. Он превращает имя отца в фамилию сына: Гильмадинов буквально означает «сын Гильмади». Такая модель стала массовой в среде крещёных татар и башкир, а также в русскоязычной документации для всех народов Поволжья и Приуралья с XIX века. Поэтому носители фамилии Гильмадинов — почти наверняка потомки татар или башкир, чьи предки приняли православие или просто получили фамилию по отцу при переписях.

Интересная деталь: форма имени Гильмади — не единственная. В татарском языке существует множество вариантов: Гильманов, Гильмутдинов, Ульмасдинов. Все они образованы от того же арабского корня «гильм» + «дин». Но фамилия Гильмадинов — более редкая, так как в ней сохранилась именно краткая форма имени, без полного «-ут-» или «-ад-». Это может указывать на то, что предок носителя был известен в быту именно как Гильмади, а не как полный Гильмаддин.

Географически фамилия чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях — регионах традиционного расселения татар и башкир. Встречается она и в Средней Азии, куда фамилия попала с переселенцами в советское время. Сословно предки Гильмадиновых скорее всего были государственными или ясачными крестьянами, реже — представителями мусульманского духовенства (муллами или муэдзинами), поскольку имя «знающий веру» давали не случайно.