Фамилия Тагилёва — женская форма фамилии Тагилёв, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Тагил. В основе лежит географическое название — река Тагил (приток Туры) и основанный на ней город Нижний Тагил. Связь с Уралом здесь прямая и наиболее вероятная: предок носителя фамилии мог быть выходцем с берегов Тагила или получить прозвище по месту жительства — «тагилец», «тагильский». Однако фамилия закрепилась в форме на -ёв, а не на -ский, что указывает на более простонародное, бытовое происхождение: «чей? — Тагилёв», то есть сын или потомок Тагила.

Формант -ёв (фонетический вариант -ев после мягких и шипящих) — типичный русский патронимический суффикс, указывающий на принадлежность. В данном случае он присоединился к основе Тагил-. Ударение в фамилии падает на последний слог — Тагилёва, что характерно для многих фамилий на -ёв.

Существует и менее вероятная версия, что Тагил — это вариант тюркского имени или прозвища. В тюркских языках есть корень «таг» (гора), и «тагил» могло означать «горный» или «живущий в горах». Это косвенно подтверждает уральскую географию, но не даёт точного ответа, было ли имя заимствованным или возникло на русской почве как прозвище по реке.

Фамилия Тагилёва встречается редко и имеет чёткую региональную привязку к Уралу и Зауралью. В дореволюционных источниках её носители — чаще всего крестьяне или мастеровые с уральских заводов, что неудивительно для территории, где вокруг Нижнетагильского завода сложилась целая прослойка людей, чьи фамилии произошли от названия места работы или жительства. Сословно фамилия недворянская: она не попала в «Бархатную книгу» и не давала привилегий, а была простым указанием на родство с человеком по имени или прозвищу Тагил.