Фамилия Гильмитдинов — одна из тех, что сразу указывают на происхождение носителя из татарской или башкирской среды, где арабские имена и исламская традиция смешались с русской моделью оформления фамилий. Её основа — мужское арабское имя Гильмитдин (или Гильметдин). Разбираем по частям: «гильм» (араб. علم — ‘знание, наука’) и «дин» (араб. دين — ‘вера, религия’). Вместе имя означает «знание веры» или «религиозное знание». Это типичное для мусульманских народов Поволжья сложносоставное имя, где первая часть описывает качество или действие, а вторая закрепляет принадлежность к исламу.

Словообразовательная модель проста и типична для тюркских фамилий, вошедших в русский обиход: к основе на согласный добавили русский патронимический суффикс -ов. Таким образом, Гильмитдинов — буквально «сын Гильмитдина». Такие фамилии закрепились в основном после ревизий и переписей XIX века, когда татары и башкиры получали постоянные родовые именования по отцу. То есть предок носителя этой фамилии с большой вероятностью носил имя Гильмитдин и, скорее всего, имел отношение к мусульманскому духовенству или учёным кругам: муллы, учителя медресе, знатоки Корана. В среде простых крестьян такие имена тоже встречались, но чаще их давали в семьях, где ценили грамотность и религиозное образование.

Интересная деталь: в дореволюционных записях фамилию могли писать через «е» — Гильметдинов, что отражает реальное произношение в татарском языке (звук «э» на месте «и»). Встречается и вариант Гильмитдин, без суффикса, как неизменяемая фамилия, но он значительно реже. Фамилия распространена в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской, Челябинской и Самарской областях — там, где исторически жили татары. Среди носителей много людей творческих профессий и учёных, но это уже не связано с происхождением фамилии, а скорее с социальной мобильностью потомков тех самых религиозных грамотеев.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Гильманов, Гильмутдинов, — то Гильмитдинов выделяется именно второй частью: «итдин» вместо «утдин» или «анов». Это не ошибка, а диалектный или индивидуальный вариант записи того же имени.