Фамилия Гюльмисарян — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия и не место, а целое составное женское имя. Она образована от армянского имени Гюльмисар, которое, в свою очередь, сложилось из двух корней: «гюль» (от персидского گل — «роза, цветок») и «мисар» (араб. «жертвующая, дарящая»). В буквальном переводе имя означает «дарящая розы» или «жертвующая цветами». Это типичное для восточной традиции женское имя-пожелание, которое подчёркивало красоту и щедрость.

Модель образования фамилии проста: к основе Гюльмисар присоединён патронимический суффикс -ян (в старой орфографии — -янц), указывающий на принадлежность к роду. Таким образом, Гюльмисарян — это «из рода Гюльмисар», то есть потомок женщины по имени Гюльмисар. В армянской ономастике фамилии на -ян — самые массовые, но здесь примечательно, что в качестве родоначальницы выступает не мужчина, а женщина, что бывает реже и обычно говорит о значимости этой женщины в семье (например, если она была единственной наследницей, уважаемой матерью большого рода или происходила из знатного рода).

В русском языке фамилия закрепилась в форме Гюльмисарян, хотя в дореволюционных записях можно встретить вариант Гюльмисарянц. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Гюльмисаря́н, как и у большинства армянских фамилий этого типа. Встречается фамилия в основном в Армении и в армянских диаспорах России, Украины и Грузии.

С точки зрения социального контекста, носители фамилии — потомки не крестьянской или ремесленной семьи, а скорее городской или торговой среды, где были распространены сложные имена персидско-арабского происхождения. В советское время фамилия не подверглась русификации, сохранив свою восточную окраску. В целом, Гюльмисарян — это фамилия-поэзия, за которой стоит образ женщины, чьё имя стало родовым.