Фамилия Гильмуллин образована от арабского мужского имени Гильмулла, которое переводится как «наука Аллаха». В основе лежит татарская или башкирская традиция: имя давали мальчику с пожеланием вырасти мудрым, богобоязненным и сведущим в вере. Корень «гильм» (знание, наука) в мусульманской культуре ценится высоко, поэтому имя Гильмулла — не просто красивое звучание, а программа на жизнь.

Фамилия построена по русской модели с суффиксом -ин, который в Поволжье и Приуралье часто добавляли к тюркским основам. Если бы фамилия оформлялась по татарской традиции, она звучала бы как Гильмуллин — без наращения. Но при переходе в русскую документацию суффикс -ин стал указывать на принадлежность роду: «чей?» — Гильмуллин, то есть потомок Гильмуллы.

Встречается фамилия в основном среди татар и башкир, особенно в Татарстане, Башкортостане и соседних областях. Вариант написания с двумя «л» (Гильмуллин) — самый распространённый, хотя изредка можно увидеть Гильмулин, где одна буква «л» выпала при упрощении. География бытования подсказывает: предки носителя фамилии, скорее всего, жили в сельской местности и принадлежали к мусульманскому духовному сословию или крестьянству, где имя с «божественным» смыслом было особенно почитаемо.