Фамилия Тамбов — редкий случай, где фамилия совпадает с названием города. Но в русской ономастике это не значит, что предок был родом из Тамбова. Чаще всего такие фамилии давали не по месту жительства, а по прозвищу, которое человек получил за связь с этим городом: например, он торговал тамбовским товаром, вернулся оттуда после долгой службы или носил характерную «тамбовскую» одежду. В крестьянской среде XIX века географические прозвища были распространённым способом отличить односельчан: «Тамбов» мог стать человек, побывавший в тех краях на заработках или переселившийся оттуда.

Модель образования фамилии проста: прозвище Тамбов без всякого суффикса перешло в фамилию. Это так называемая «нулевая» суффиксация, характерная для прозвищных фамилий, которые не успели обрасти типичными окончаниями -ов или -ин. В документах XVII–XVIII веков можно встретить крестьян и посадских людей, записанных просто как «Тамбов» — это указывает на то, что прозвище было свежим и ещё не «офамилилось». Со временем форма закрепилась, и потомки стали Тамбовыми, а не Тамбовскими.

Интересно, что фамилия Тамбов встречается не только в центральной России, но и на Урале, и в Сибири. Это подтверждает версию о миграции: крестьяне из Тамбовской губернии, переселявшиеся в XIX веке на свободные земли, могли получить такое прозвище на новом месте. То есть фамилия — не столько указание на родину, сколько метка, которую давали «чужаку» из определённой губернии. В отличие от фамилий на -ский (Тамбовский), которые обычно указывали на дворянское или духовное происхождение, Тамбов — фамилия простонародная, крестьянская или мещанская.

С точки зрения ударения, фамилия сохраняет ударение на последнем слоге: Тамбо́в. В говорах могло смещаться на первый слог, но литературная норма закрепила вариант, совпадающий с названием города. Встречаются и единичные случаи написания через «а» — Танбов, но это результат диалектного «аканья», а не отдельная фамилия.