Фамилия Танайлова — женская форма, а мужская, Танайлов, образована по самой частотной русской модели: от прозвища или имени через суффикс -ов. Это указывает на принадлежность главе семьи: Танайлов буквально означал «сын (или потомок) Таная». Основа здесь — Танай, и вот с её происхождением есть несколько версий, причём одна из них заметно крепче других.

Самое вероятное объяснение — тюркское или монгольское имя Танай. В татарском, башкирском, казахском языках «тана» — это тёлка, молодая корова, а аффикс -ай нередко образует ласкательные или уменьшительные имена. Имя Танай могло быть охранительным: в традиции давать ребёнку «скотское» имя, чтобы обмануть злых духов (мол, не человек, а телёнок — нечего забирать). Такая практика хорошо известна у тюркских народов Поволжья и Сибири, и именно оттуда, скорее всего, фамилия и пошла. Менее убедительна версия, связывающая Танай с греческим именем Афанасий через народное сокращение (вроде Танас, Танай), — но это фонетически натянуто, да и география фамилии (среднее Поволжье, Урал) указывает на тюркские корни.

Примечательно, что фамилия Танайлов не слишком частая, но стабильно встречается в регионах с сильным татарским и башкирским влиянием — в Самарской, Оренбургской, Челябинской областях, а также в Татарстане. Это косвенно подтверждает, что предки носителей фамилии были, скорее всего, крестьянами или служилыми людьми из числа татар-мишарей или башкир, перешедших в православие и получивших фамилию по имени отца. В дореволюционных метрических книгах Танайловы встречаются и как государственные крестьяне, и как казаки.

Ударение в фамилии, судя по говорам, чаще падает на второй слог — Тана́йлова, хотя в некоторых семьях произносят Та́найлова. В любом случае, в основе лежит имя-оберег, которое прошло путь от тюркского прозвища до русской фамилии, сохранив память о степных предках.