Фамилия Гимильрейх — одна из тех, что выдают происхождение своего носителя с первых букв: это немецкая или еврейская (ашкеназская) фамилия, попавшая в русский язык через письменную фиксацию. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, она не образована от имени или прозвища при помощи суффикса -ов или -ин, а представляет собой сложное слово, записанное на слух. Поэтому при разборе нужно отталкиваться от немецкого языка.

Основа фамилии двусоставная. Первая часть «Гимиль» — это искажённое немецкое Himmel («небо»). В диалектах или при передаче через устную речь (например, при записи в метрических книгах) звук «м» мог удвоиться, а гласный измениться. Вторая часть «рейх» — очевидное Reich («империя», «государство», «богатство»). Таким образом, буквальное значение фамилии — «небесное царство» или «небесная империя». Это не бытовое прозвище, а скорее искусственное, «говорящее» имя.

Самая правдоподобная версия происхождения — фамилия относится к группе так называемых «украшательных» или «идеалистических» фамилий, которые в XVIII–XIX веках давали еврейским семьям в Австрийской империи, Пруссии и Российской империи. Чиновники, проводя перепись, нередко составляли фамилии из красивых или возвышенных слов. Himmelreich — одна из таких стандартных моделей. В немецкоязычной среде она встречается в форме Химмельрайх, а вариант Гимильрейх — это уже русифицированная запись: немецкое «х» заменилось на «г» (как в фамилиях Гофман или Герц), а двойное «м» могло писаться через «и» под влиянием произношения.

Менее вероятна, но не исключена версия, что фамилия могла возникнуть как прозвище владельца постоялого двора или трактира с вывеской «Zum Himmelreich» («У небесного царства»). В таком случае Гимильрейхом называли не самого хозяина, а кого-то из его семьи или прислуги. Однако в условиях России XIX века прозвища из немецких слов редко закреплялись официально, поэтому версия с искусственным присвоением фамилии остаётся основной.

В русском языке фамилия не склоняется по падежам в мужском роде: Иван Гимильрейх, у Петра Гимильрейх. В женском варианте фамилия также остаётся неизменной: Анна Гимильрейх. Географически фамилия редкая и встречается в основном в регионах бывших черты оседлости (Украина, Беларусь, юг России), а также у потомков эмигрантов в Германии и США. Суффиксальная модель отсутствует, поэтому определить сословие предков по окончанию не получится — среди носителей могли быть и ремесленники, и торговцы, и мещане.