Фамилия Гильмудинова образована от мужского имени Гильмудин — варианта арабского имени Гильмутдин (Гильметдин). В свою очередь, это имя восходит к арабскому «илм ад-дин» — «знание веры», «учёный в религии». Имя было распространено среди татар и башкир, а также у народов Кавказа, исповедующих ислам. Фамилия, таким образом, указывает на религиозную или учёную традицию в роду: предок мог быть муллой, учителем медресе или просто человеком, известным набожностью и знанием Корана.

Суффикс -ов(а) — стандартный русский патронимический формант, который присоединяли к тюркским и арабским именам при оформлении фамилий в XIX — начале XX века. В данном случае фамилия стоит в женской форме (Гильмудинова), мужская — Гильмудинов. Ударение, скорее всего, падает на третий слог: Гильмуди́нова, хотя в разговорной речи возможны варианты.

Интересная деталь: фамилия Гильмудинов встречается реже, чем похожая Гильмутдинов, хотя корень у них один. Разница в произношении и записи — «дин» вместо «тдин» — могла возникнуть из-за местных диалектных особенностей (например, в казанском или мишарском говоре татарского языка) или при записи имени в паспортном столе, где чиновник упростил стечение согласных. Поэтому носители фамилии Гильмудинова нередко живут в тех же регионах, что и Гильмутдиновы: в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях.

По сословному составу предки могли быть как крестьянами, так и купцами или духовными лицами — имя Гильмутдин не было исключительно «низовым» или «верховым». В метрических книгах мечетей XIX века это имя встречается у людей разного достатка. Так что фамилия несёт не столько социальную, сколько культурно-религиозную память: она напоминает о времени, когда знание веры ценилось выше богатства.