Фамилия Зайнутдинов происходит от арабского мужского имени Зайнуддин (в русской бытовой передаче — Зайнутдин). Имя составное: «зайн» означает «украшение», «дин» — «вера, религия». Вместе получается «украшение веры». Это классическое теофорное имя, распространённое в мусульманском мире, особенно у тюркских народов.

Фамилия образована по русской патронимической модели: к восточному имени добавили русский суффикс -ов, который указывает на принадлежность («сын Зайнутдина»). Такой способ адаптации тюркских и арабских имён был обычен для XVI–XVII веков, когда носители этих имён попадали в русскую служилую среду.

Вопреки встречающимся утверждениям, напрямую связывать фамилию с выходцами из Золотой Орды или с печенегами нет оснований. Имя Зайнуддин — арабское, а не тюркское или половецкое, и широко распространилось вместе с исламом, преимущественно в Волго-Уральском регионе и Средней Азии. На территорию современной России фамилия попала скорее через татарских и башкирских мурз, которые переходили на русскую службу и получали поместья, или через более поздние миграции.

В дворянских родословных книгах фамилия Зайнутдинов не фиксируется — это не дворянская, а скорее купеческая, мещанская или крестьянская фамилия, типичная для татарского и башкирского населения. Встречается она и у казахов, где форма имени — Зайнутдин — тоже распространена.

Словообразовательный тип — самый частый для восточных фамилий в России: основа-имя + -ов. Однокоренные варианты — Зайнуллин (от Зайнулла, «украшение Аллаха»), Зайнутдинов — с тем же корнем «зайн», но с другим вторым компонентом.