Фамилия Гильмиахметов — составная, тюркско-арабского происхождения. Её основа — два мусульманских имени, соединённых в одно: Гилем и Ахмет (или Ахмед). Первая часть, Гилем, восходит к арабскому слову ‘ilm — «наука», «знание». Вторая, Ахмет, — арабское имя, означающее «прославленный», «достойный похвалы». Вместе они складываются в имя-пожелание: «знание, достойное похвалы», или же «прославленный знанием». Такие двусоставные имена — традиционная арабо-мусульманская модель, где к основе добавляют имя пророка или сподвижника: Гильмиахмет — буквально «наука Ахмета» или «знание, связанное с Ахметом».

Суффикс -ов в конце — русский патронимический формант, который в XVI–XIX веках добавляли к тюркским и арабским именам при оформлении фамилий в официальных документах. Он означал «сын» или «принадлежащий роду»: Гильмиахметов — «сын Гильмиахмета». Фамилия закрепилась среди татар и башкир, у которых традиция давать имена с корнем «гилем» (знание) и «ахмет» (прославленный) была широко распространена.

Географически фамилия чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане и у татарских диаспор в других регионах России. Это указывает на то, что предки носителей фамилии, скорее всего, были мусульманами-суннитами, возможно, из числа служилых татар, мулл или грамотных людей, ценивших учёность — ведь само имя подчёркивает связь со знанием. В дореволюционной России носители фамилии принадлежали в основном к сословию государственных крестьян или мещан, реже — к купечеству.

Сравните с однокоренными фамилиями: Гильманов (от имени Гильман, где «гильм» — знание), Ахметов (от Ахмет), Гильмиев. Все они образованы по той же модели, но двойное имя в основе Гильмиахметов выделяется своей длиной и точным указанием на составное имя предка. Это редкий случай, когда фамилия сохранила полную форму, не редуцировавшись до одного корня.