Фамилия Тагилев — редкий случай, когда географическое имя стало родовым сразу через два разных, но схожих пути. В основе лежит топоним Тагил — название реки в Свердловской области и города Нижний Тагил. Однако прямой связи с Уралом у фамилии почти нет: подавляющее большинство Тагилевых встречается не на Урале, а в Поволжье и на юге России, особенно в Астраханской области и Дагестане. Это заставляет искать другое объяснение.

Словообразовательная модель — суффикс -ев, который крепится к основе на мягкий согласный. Если бы фамилия произошла от названия города, форма звучала бы как Тагильский или Тагилов. Суффикс -ев указывает на притяжательное значение: «чей?» — Тагилев, то есть «сын Тагила». А Тагил в этом случае — не река, а личное имя или прозвище.

Самая вероятная версия ведёт в тюркскую среду. В татарском, башкирском и казахском языках есть имя Тагир (от арабского Тахир — «чистый», «непорочный»). В диалектах и разговорной речи форма Тагил — вполне возможный вариант, особенно с оглушением конечного «р» или под влиянием местного произношения. Тогда Тагилев — это русифицированная форма отчества от имени Тагил: «Тагилев сын» вместо «Тагирович».

Вторая версия, менее распространённая, связывает фамилию с тюркским словом «таг» (гора) и аффиксом -ил, что могло дать прозвище «горец» или «живущий у горы». Но для такой модели типичнее суффикс -ов, а не -ев, поэтому эта гипотеза слабее.

Интересно, что в документах XIX века фамилия встречается в разных написаниях: Тагилев, Тагилов, Тагелев. Это говорит о том, что носители не были жёстко привязаны к единому варианту, а фамилия складывалась стихийно. В метрических книгах Астраханской губернии Тагилевы записаны как крестьяне и мещане, часто татарского или ногайского происхождения.

Современные Тагилевы рассеяны по всей России, но наибольшая концентрация — в Астраханской области, Татарстане и Башкортостане. Это подтверждает: фамилия не уральская, а южно-тюркская, лишь внешне совпавшая с названием знаменитого города.