Фамилия Гильмзянов — это отчество, образованное от татарского мужского имени Гильмзян. В основе имени лежит арабский корень «гильм» (знание, наука) и персидский компонент «зян» (душа, жизнь). Таким образом, имя Гильмзян можно перевести как «душа знаний» или «живущий наукой». В дореволюционной России такие имена были распространены в среде татарского духовенства и купечества, где грамотность и учёность ценились высоко.

Фамилия строится по классической для татарских фамилий модели: к основе имени добавляется русский суффикс -ов, который закрепился после вхождения татарских земель в состав Российской империи и перехода к обязательным фамилиям. В самой Татарии и Башкортостане можно встретить варианты без русификации — Гильмзянов или даже Гильмзян, но форма на -ов стала стандартной в официальных документах.

Географически фамилия Гильмзянов чаще всего встречается среди татар и башкир, особенно в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она реже, чем, скажем, Гильмутдинов или Гильманов, что объясняется меньшей распространённостью исходного имени. Носители фамилии в XIX — начале XX века могли быть муллами, учителями медресе или книжными людьми, но не обязательно — имя давали и в крестьянских семьях, надеясь на удачу в учёбе для сына.

Интересная деталь: в некоторых старых метрических книгах фамилию записывали как Гильмзяновъ с твёрдым знаком на конце, а в советских паспортах могли сократить до Гильмзянов. Встречается и написание с буквой «е» вместо «и» в первом слоге — Гельмзянов, но это скорее исключение, связанное с диалектным произношением.