Фамилия Гильмуханов — яркий пример того, как русская модель фамилии (суффикс -ов) накладывается на имя, пришедшее из арабского мира через тюркское посредничество. Корень здесь — сложное мусульманское имя Гильмухан, которое распадается на две части: «гильм» (араб. علم, ‘ильм — знание, наука) и «хан» (тюркский титул, означающий правителя, повелителя). В буквальном переводе имя Гильмухан можно понять как «владыка знания» или «хан учёности». Соответственно, фамилия Гильмуханов означает «потомок Гильмухана», то есть человека, которого нарекли таким возвышенным именем.

Фамилия типична для татар и башкир, особенно распространена в Татарстане, Башкортостане и среди татарской диаспоры в других регионах России. Она стоит в одном ряду с такими однокоренными фамилиями, как Гильманов (от более краткой формы имени Гильман) или Гильмутдинов (где вторая часть — «дин», вера). Интересно, что в татарской среде имя Гильмухан могло быть не только личным, но и прозвищным — его давали в знак уважения к знаниям или учёности человека, что придаёт фамилии не просто генеалогический, но и почётный оттенок.

Словообразовательная модель проста: к основе Гильмухан прибавлен русский патронимический суффикс -ов, который в Поволжье и Приуралье в XVIII–XIX веках стал стандартным способом русификации тюркских фамилий при записи в метрические книги и переписи. В отличие от фамилий на -ин, которые часто образуются от основ на -а/-я, -ов здесь закономерно появился после твёрдого согласного «н». Среди носителей фамилии встречаются люди самых разных профессий, но исторически предки могли быть муллами, учителями (мугаллимами) или просто уважаемыми в общине грамотеями — людьми, чьё знание Корана и светских наук выделяло их среди односельчан.