Фамилия Гильмуллина образована от арабского мужского имени Гильмулла, а точнее — от его тюрко-татарской адаптации. В основе лежит составное имя: первая часть «Гильм» восходит к арабскому слову со значением «наука, знание, просвещение», вторая — «Улла» (Аллах). Имя Гильмулла буквально означает «наука Аллаха» или «знание, данное Богом». Нарекая сына таким именем, родители желали ему стать мудрым человеком и достойным мусульманином.

Словообразовательная модель здесь типична для татарских и башкирских фамилий: к основе мужского имени добавляется патронимический суффикс -ин (в женском варианте — -ина), указывающий на принадлежность к роду. То есть Гильмуллин — «сын Гильмуллы», а Гильмуллина — женская форма той же фамилии. Подобная схема встречается и в русских фамилиях на -ин, но в данном случае исходное имя — восточное.

Процесс формирования таких фамилий был длительным и в основном завершился к концу XIX — началу XX века. Поэтому точно определить место и время возникновения именно этого рода можно только на основании генеалогических изысканий. Среди известных носителей фамилии — Рустем Рифатович Гильмуллин, саблист, кандидат в мастера спорта, входящий в сборную России с 2007 года.