Фамилия Гылымов — редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все остальные версии. В русском языке нет корня «гылым», который мог бы лечь в основу прозвища или профессии. Зато в тюркских языках, особенно в казахском и ногайском, слово «ғылым» означает «наука», «знание». Фамилию могли образовать от прозвища Гылым, данного человеку учёному, грамотному или просто смышлёному, которого в округе считали «ходячей энциклопедией».

По словообразовательной модели фамилия абсолютно стандартна для русского языка: к тюркской основе добавили патронимический суффикс -ов, который в XIX–XX веках «обрусел» фамилию, закрепив её в документах. То есть Гылымов — это буквально «сын (или потомок) Гылыма». Если бы фамилия возникла в среде, где сохранялись тюркские суффиксы, она могла бы звучать как Гылымулы или Гылымзаде, но русская административная машина привела её к единообразной форме.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с тюркским именем Гылым, которое могло быть вариантом имени Кылым (от «кыл» — делать, творить) или диалектным искажением арабского «алим» (учёный). В любом случае, основа указывает на интеллектуальное или духовное качество, а не на ремесло или место жительства.

Географически фамилия тяготеет к регионам смешанного русско-тюркского населения: Астраханская область, Ставрополье, Казахстан, отчасти Башкортостан и Татарстан. Встречаемость низкая — это не массовая фамилия, а скорее локальная, что делает её носителей потенциально связанными общим предком, получившим прозвище в небольшой общине. Сословная принадлежность, скорее всего, крестьянская или казачья, так как в дворянских родословных книгах фамилия не фиксируется.