Фамилия Тагилбекова, скорее всего, образована от мужского имени Тагилбек. Это тюркское составное имя, которое можно разбить на две части: «Тагил» и «бек». Первая часть восходит к имени Тагир (или Таги), которое в свою очередь происходит от арабского «тахир» — «чистый, непорочный». Вторая часть, «бек» (или «бий»), в тюркских языках означает «господин, князь, предводитель». Таким образом, имя Тагилбек можно перевести как «чистый господин» или «непорочный князь». В целом это имя носили люди, чьи предки были уважаемыми, возможно, знатного происхождения или занимали руководящие должности.

Фамилия образована по русской модели с помощью суффикса -ов, который добавляется к основе мужского имени, заканчивающейся на согласную. Суффикс -а — это женский вариант фамилии (Тагилбекова), мужской будет Тагилбеков. Такая модель типична для фамилий, которые появились в среде народов Поволжья, Урала и Кавказа после вхождения этих территорий в состав Российской империи. Фамилия фиксирует отчество: Тагилбекова — это «дочь Тагилбека» или, изначально, «жена Тагилбека». В дальнейшем фамилия закрепилась за потомками этого человека.

Географически фамилия Тагилбекова чаще всего встречается среди народов, исповедующих ислам и говорящих на тюркских языках: татар, башкир, казахов, азербайджанцев, а также у некоторых народов Северного Кавказа (например, кумыков). Приставка «Тагил» в имени может быть вариантом имени Тагир, адаптированным в местных говорах. Поскольку фамилия не самая распространённая, её носители, вероятно, происходят из одного или нескольких родов, связанных с одним регионом. Точное место происхождения можно определить только по семейным архивам или данным переписей, но в целом фамилия указывает на восточное, тюркское происхождение предков.

В написании фамилии возможны варианты, например, Тагилбеков или Тагильбеков, но форма с одной «л» более распространена. Фамилия не имеет отношения к названию города Нижний Тагил — это случайное совпадение корней. В русском языке ударение чаще всего падает на последний слог: Тагилбекова.