Фамилия Гилметдинова — женская форма, а её основа — мужская фамилия Гилметдинов. Это редкий пример фамилии, образованной от сложного арабского имени, что сразу указывает на её происхождение из тюрко-мусульманской среды, скорее всего татарской или башкирской. Корень здесь — имя Гилметдин (варианты: Гельметдин, Гильметдин). Оно составное: «гилм» (знание, наука) и «дин» (вера, религия). Вместе — «знание веры» или «учёный в делах религии». Такие имена в прошлом давали в семьях, где ценили образованность и религиозную грамотность.

Словообразовательная модель типична для русской адаптации тюркских фамилий: к основе на -дин добавляется фамильный суффикс -ов, который в женском варианте меняется на -а. В русском языке это стандартный способ оформления фамилий для женщин, и Гилметдинова не исключение: она стоит в ряду сотен тысяч фамилий, где мужская форма оканчивается на -ов, а женская на -а. Однако сама основа остаётся чужеродной для славянского уха, что сразу выдаёт этнические корни носителя.

Географически фамилия Гилметдиновы встречаются в основном в Татарстане, Башкортостане и среди татарских диаспор в других регионах России. Встречаемость невысокая, что говорит о сравнительно позднем закреплении фамилии (скорее всего, в XIX — начале XX века, когда у татар начали массово появляться фамилии по отцу). До этого человека могли называть просто Гилметдин, а сына — Гилметдинов, то есть «сын Гилметдина».

Социальный контекст: предок носителя фамилии, судя по имени, мог быть муллой, учителем в медресе или просто глубоко верующим человеком, получившим религиозное образование. В татарской среде имена с корнем «гилм» часто давали в семьях мулл и шакирдов (учеников медресе). Поэтому версия о принадлежности к духовному сословию — самая правдоподобная, хотя не единственная: имя мог дать и просто набожный отец-крестьянин.

Спорных моментов в этимологии почти нет. Единственное, что может сбить с толку — начальное «Г» вместо «Гиль» в некоторых говорах. В арабском письме это имя пишется через букву «гайн», которая в разных тюркских языках передаётся то как твёрдое «г», то как мягкое «гь». В русской записи закрепился вариант с твёрдым «Г», хотя в быту старшее поколение татар часто произносит «Гильметдин» с мягким звуком. Это не меняет смысла, но показывает, как устная традиция расходится с письменной.