Фамилия Гилым — редкий случай, когда фамилию могли образовать не от имени или профессии, а от прозвища, связанного с качеством характера или внешностью. В её основе лежит тюркское слово «гилым» (или «кылым»), которое в ряде тюркских языков означает «поступок», «деяние», «характер» или «нрав». В переносном смысле так могли назвать человека с яркой, запоминающейся манерой поведения — например, чудаковатого, своенравного или, наоборот, очень деятельного.

Словообразовательная модель здесь простая: фамилия бессуффиксная, то есть образована напрямую от прозвища без добавления типичных русских окончаний (-ов, -ин, -ский). Такое оформление характерно для фамилий, которые закрепились в среде тюркоязычных народов, а позже были русифицированы на письме. В русском языке окончание «-ым» может восприниматься как падежное, но на самом деле это фиксация исходной формы прозвища в именительном падеже.

Географически фамилия Гилым встречается преимущественно в Поволжье и на Урале, особенно среди татар и башкир. Это неудивительно: в татарском языке слово «гылым» (научное, книжное) тоже имеет хождение, но в значении «знание», «наука». Возможна и вторая, менее вероятная версия: что фамилия восходит к арабскому «’илм» (знание) через тюркское посредничество. Однако в народной среде прозвища редко давали за учёность — скорее за конкретную черту или поступок, поэтому версия с «поступком» или «нравом» выглядит убедительнее.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Гилым — не единственная в своём роде. В тех же регионах встречаются фамилии Гилязов, Гильманов, образованные от арабского имени Гильми (знающий). Но Гилым стоит особняком: у неё нет суффикса, указывающего на отчество, — это прямое прозвище, которое закрепилось за родом, а не за отдельным человеком. Такое встречается реже и говорит о том, что предок носителя фамилии, скорее всего, был заметной фигурой в своей общине, и прозвище прилипло к нему настолько прочно, что перешло детям.

В официальных документах фамилия могла записываться по-разному: Гылым, Кылым, Гилём — из-за особенностей передачи тюркских звуков кириллицей. Современное написание «Гилым» закрепилось, вероятно, в советское время при паспортизации, когда унифицировали написание фамилий по русским орфографическим нормам.