Фамилия Камолиддинов — одна из тех, что сразу выдают восточные корни носителя, а точнее — его связь с исламской культурой и персидско-таджикской языковой средой. Она образована по русской модели патронимических фамилий (с суффиксом -ов), но от мусульманского личного имени Камолиддин. Это имя составное: «Камол» (совершенство, полнота) и «ад-Дин» (религия, вера). Вместе — «совершенство веры» или «полнота религии». Такие имена с компонентом «дин» — Джалолиддин, Нуриддин, Салохиддин — особенно распространены у народов, испытавших влияние персидской литературы и суфизма: таджиков, узбеков, отчасти азербайджанцев.

Главное, что отличает фамилию Камолиддинов от похожих, — это её «книжный» характер. Имя Камолиддин не было крестьянским или ремесленным прозвищем; его давали в семьях, где ценили образованность и религиозную учёность. В дореволюционной Средней Азии носитель такого имени мог быть муллой, учителем в медресе или переписчиком книг. Фамилия закрепилась уже в советское время, когда у народов региона массово оформляли русские фамилии от отчеств. Поэтому Камолиддинов — это не древняя родовая фамилия, а скорее «паспортный» вариант, возникший в 1920–1930-х годах.

Словообразовательный разбор прост: основа Камолиддин + суффикс -ов, указывающий на принадлежность («сын Камолиддина»). Но в самом имени есть особенность: вторая часть «иддин» — это стяжённая форма от арабского «аль-дин» (الْدِّين). В русской записи часто теряется удвоение, и мы видим «Камолиддинов», а не «Камолиддинов» (хотя в оригинале буква «д» произносится с напряжением). Такое написание — результат адаптации арабской графики к кириллице, и оно устойчиво.

Географически фамилия тяготеет к Таджикистану и Узбекистану (особенно к Самарканду и Бухаре), реже встречается у татар и башкир. В России её носители — в основном потомки мигрантов из этих республик. Других версий происхождения — от тюркского «камол» (сила) или от названия местности — не существует; это чисто арабо-персидское имя с религиозным значением.