Фамилия Камолитдинова — одна из тех, что сразу выдают географию и вероисповедание предков. Это женская форма фамилии Камолитдинов, распространённая среди народов, традиционно исповедующих ислам, в первую очередь у татар и башкир. Мужская основа — Камолитдинов — сложена по типичной для тюркских фамилий модели: к личному имени прибавили русский патронимический суффикс -ов, который в Российской империи стал стандартным для оформления фамилий у нерусских народов.

В основе фамилии лежит арабское составное имя Камолитдин (вариант: Камалетдин). Оно распадается на две части: «камаль» (совершенство) и «дин» (вера, религия). В сумме имя означает «совершенство веры» или «совершенный в вере». Такие имена с корнем «дин» — Динмухаметов, Сафиуллин, Нуртдинов — массово давали мальчикам в мусульманских семьях Поволжья и Приуралья, подчёркивая благочестие и надежду на праведную жизнь ребёнка.

Словообразовательный разбор прост: корень — Камолитдин, суффикс -ов, окончание -а. Фамилия не имеет локальной привязки к одному селу или городу — носители встречаются по всему Татарстану, Башкортостану, в Оренбургской и Челябинской областях, а также в среде татарской диаспоры в Средней Азии. В дореволюционных метрических книгах (например, в записях мечетей Уфимской губернии) фамилия фиксировалась и как Камалетдинов — через «а» в первом слоге, что ближе к арабскому произношению. Форма «Камолитдинов» — результат местного диалектного или канцелярского упрощения гласных.

Сословно предки носителей фамилии относились к государственным или удельным крестьянам, реже — к купечеству или духовенству (муллам). Имя Камолитдин давали не только в крестьянской среде, но и в семьях сельских имамов, поэтому среди Камолитдиновых могли быть и потомственные служители культа. Однако никаких громких исторических фигур с этой фамилией не зафиксировано — это фамилия простых людей, чья история читается в имени: надежда на то, что вера будет совершенной.