Фамилия Халиллулина — женская форма фамилии Халиллулин, а та, в свою очередь, образована от мужского имени Халиллула. Это составное арабо-мусульманское имя, где первая часть «Халил» означает «близкий друг», «верный друг», а вторая — «Аллах». В исламской традиции «Халилуллах» (Друг Аллаха) — один из эпитетов пророка Ибрахима (библейского Авраама). Таким образом, в основе фамилии лежит религиозное почетное прозвание, указывавшее на глубокую веру предка.

Модель образования типична для тюрко-татарских фамилий: к основе на гласный добавляется русский патронимический суффикс -ин (а не -ов, который присоединяется к основам на согласный). Получается Халиллула + ин = Халиллулин. Женская форма — Халиллулина — возникла как грамматическое изменение по образцу русских фамилий на -ин/-ина. Такая адаптация мусульманских имен через русскую фамильную модель массово происходила в конце XIX — начале XX века, особенно среди татар и башкир после введения всеобщей переписи и воинской повинности.

Географически фамилия Халиллулина наиболее распространена в Татарстане, Башкортостане и в Оренбургской области — регионах с исторически сильным татарским и башкирским населением. Встречается она и у казахов, но реже: у них фамилии чаще оформляются через окончание -ов/-ева или сохраняются в виде отчества без суффикса.

Иногда фамилию ошибочно связывают с арабским словом «халиль» (возлюбленный) в отрыве от имени Аллаха, но это упрощение: полная форма Халилуллах — устойчивое теофорное имя, а не случайное сочетание корней. Двойной «л» в середине (Халиллулин) — результат стяжения: долгий гласный на стыке частей имени дал удвоение согласного при адаптации в русской графике.