Фамилия Гильмутдиновы (и её вариант Гильмутдинов) — один из ярких примеров того, как арабская письменная культура через исламскую традицию вошла в именослов татар, башкир и других тюркских народов России. В основе фамилии лежит составное арабское мужское имя Гильмутдин. Первая часть, «гильм» (или «ильм»), означает «наука, знание, просвещение», вторая — «дин» переводится как «религия, вера». Вместе Гильмутдин — «наука религии» или «знание о вере». Имя было не случайным: родители, давая его сыну, выражали пожелание, чтобы он стал образованным и глубоко верующим мусульманином.

Русский суффикс -ов присоединился к имени в процессе оформления фамилии по стандартной для Российской империи модели: имя отца становилось фамилией потомков. Так сын Гильмутдина становился Гильмутдиновым. Форма множественного числа «Гильмутдиновы» — указание на род или семейство, но в обиходе и документах чаще встречается единственное число мужского рода.

Фамилия распространена прежде всего в Татарстане, Башкортостане, а также среди татарских диаспор в других регионах России и странах СНГ. Это типичная «патронимическая» фамилия, указывающая на отца-основателя рода, носившего имя Гильмутдин. В ономастике такие фамилии называют «именными»: они образованы от личного имени без промежуточного прозвища или профессии.

Стоит отметить, что имя Гильмутдин — не единственное в ряду подобных. В татарской среде встречаются однокоренные фамилии: Гильманов (от Гильман), Гильмиев, Гильмуллин. Все они восходят к корню «ильм/гильм» и указывают на связь с наукой и религиозным знанием. Однако именно форма Гильмутдиновы точнее всего передаёт составное имя — «знание веры».

Точное время возникновения фамилии установить сложно: массовое закрепление фамилий у татар и башкир произошло в XIX веке, но отдельные роды могли получить фамилию раньше, особенно в среде духовенства или купечества. Без глубоких генеалогических изысканий (метрических книг, ревизских сказок) определить конкретную местность и дату для фамилии Гильмутдиновы невозможно — процесс был длительным и не привязан к одной точке.