Фамилия Гильмундинов — редкий случай в русском ономастиконе, где тюркское имя соединилось с русским патронимическим суффиксом. Её основа восходит к арабскому имени Гильмундин (варианты: Гильметдин, Гельмутдин), которое в переводе означает «знание веры» или «учёный в религии» (от араб. `ильм` — знание и `дин` — вера). Имя было широко распространено среди татар и башкир, особенно в среде мулл и религиозных наставников.

Модель образования проста: к полной форме имени Гильмундин добавили русский суффикс -ов, что типично для фамилий, которые фиксировали в метрических книгах и переписях XIX века. Ударение, скорее всего, падает на третий слог: Гильмунди́нов.

Географически фамилия привязана к Волго-Уральскому региону — Татарстану, Башкортостану, Оренбургской и Челябинской областям. Встречается и у татар-мишарей, и у казанских татар. Социальный контекст: носители такой фамилии в прошлом — почти наверняка выходцы из духовного сословия, потомки мулл или учителей при медресе. Имя Гильмундин давали мальчикам в семьях, где ценили образованность и религиозную учёность.

Суффикс -ов вместо привычного татарского -ин или -ев указывает на то, что фамилию записывали русские чиновники по стандартной для крещёных татар или для всех «инородцев» схеме. У однокоренных фамилий — Гильмутдинов, Гильметдинов — основа та же, но с другим огласованием (через «т» или «м»). Гильмундинов — форма, где арабский корень сохранился почти без изменений, что говорит о поздней записи или о сохранении книжного произношения.

Известных носителей с такой фамилией немного, и в открытых источниках данные о них скудны. Но сам факт, что фамилия не растворилась в более частых вариантах, говорит о том, что предки держались за точное звучание имени.