Фамилия Хамсутдинова — женская форма, а её мужской вариант Хамсутдинов. Это типичная фамилия тюркского происхождения, образованная по русской модели с суффиксом -ов/-ев, который указывает на принадлежность («чей?»). Основа фамилии — арабское мужское имя Хамсутдин, которое состоит из двух корней: «хамс» (пять) и «дин» (вера, религия). В буквальном переводе Хамсутдин означает «пять вер» или «пять религий», но это не буквальное исповедание пяти верований. В исламской ономастике «пять» часто отсылает к пяти столпам ислама — главным предписаниям для мусульманина. Таким образом, имя Хамсутдин можно истолковать как «тот, кто держится пяти столпов веры», то есть правоверный мусульманин.

Подобные сложносоставные имена с элементом «дин» (вера) очень распространены в татарской, башкирской и других тюрко-мусульманских культурах: Гайнутдин (богатство веры), Сафиуллин (чистота Аллаха), Нуртдинов (свет веры). Фамилия Хамсутдинов встречается в основном в среде татар и башкир, а также у некоторых народов Кавказа, испытавших влияние ислама. В дореволюционной России такие фамилии чаще всего носили представители духовного сословия или зажиточные крестьяне, однако точное социальное происхождение конкретной ветви установить без генеалогического исследования невозможно.

Словообразовательная модель проста: к основе имени Хамсутдин добавили русский патронимический суффикс -ов, а затем окончание -а для женского рода. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на последний слог: Хамсутдино́ва, хотя в разных говорах возможна вариативность. Фамилия достаточно редкая, не входит в число массовых, что делает её носителей легко узнаваемыми в своей среде.