Фамилия Гильштейн — яркий пример ашкеназской фамилии немецкого происхождения, образованной по топонимической модели. Её основа — немецкое слово «Stein» (камень), а первая часть «Gil» восходит к названию населённого пункта. В Германии и Австрии есть несколько мест с названием Гиль (Giel, Gielow, Gill), и фамилия могла означать «тот, кто родом из Гиля» или «живущий у Гильского камня». Буквальный перевод — «гильский камень», что типично для фамилий-ориентиров, которыми в XVIII–XIX веках наделяли еврейских переселенцев при обязательной регистрации в Австрийской и Прусской империях.

Словообразовательная модель проста: фамилия сложная, состоит из двух корней без суффиксов. Окончание «-штейн» — один из самых частых компонентов в немецких и еврейских фамилиях (сравните: Эпштейн, Гольдштейн, Бернштейн). В отличие от славянских фамилий, где суффикс указывает на принадлежность роду, здесь мы видим чисто описательный географический принцип: предка назвали по месту, где он жил или откуда пришёл.

География бытования фамилии охватывает прежде всего Восточную Европу: Польшу, Украину, Беларусь, Литву. После Холокоста и эмиграционных волн конца XIX — начала XX века носители фамилии расселились по США, Израилю и Германии. В России фамилия редкая, встречается в основном в крупных городах, куда переезжали еврейские семьи в советское время.

Интересная деталь: в некоторых старых записях фамилия писалась как «Гильштей́н» (с ударением на второй слог) или «Gielstein» — так фиксировали в метрических книгах немецкие канцеляристы. Вариант «Гильштейн» с мягким «ль» — результат адаптации к русской фонетике: в оригинале первая часть звучит твёрже, ближе к «Гиль» с твёрдым «л».

Сословная принадлежность предков — почти наверняка мещане или купцы. Среди носителей фамилии не было дворянских родов, но встречались раввины и учёные. Например, в XIX веке в Вильне жил известный талмудист Иегуда Лейб Гильштейн. Однако массовых исторических деятелей с этой фамилией не зафиксировано — она всегда оставалась фамилией среднего сословия, ремесленников и торговцев.