Фамилия Тарлышев образована от прозвища или имени Тарлыш. Это редкая фамилия, и её происхождение не лежит на поверхности, поэтому разберём её по частям.

В основе лежит корень «тарл-». Самое вероятное объяснение — связь с тюркским словом «тарлы» (или «тарлык»), что в переводе с ряда тюркских языков означает «узкий», «тесный», «стеснённый». В переносном смысле такое прозвище могли дать человеку невысокого роста, худощавому или тому, кто жил в стеснённых обстоятельствах. Есть и другая версия: «тарлы» могло быть вариантом диалектного «тары» — «просо». Тогда Тарлыш — это либо земледелец, сеявший просо, либо человек, получивший прозвище по месту жительства (например, у «тарлового поля»).

Суффикс «-ыш» в русских и тюркско-русских фамилиях встречается нечасто. Он может указывать на ласкательную или уменьшительную форму (как Малыш, Голыш), но в данном случае, скорее всего, это тюркский именной формант, образующий имя или прозвище от основы. То есть Тарлыш — это человек, которого охарактеризовали через слово «тарлы». Фамилия образована по русской патронимической модели: Тарлыш + -ев (сын Тарлыша).

Географически фамилия Тарлышев привязана к Поволжью и Приуралью. Она встречается среди русских, но с высокой вероятностью имеет тюркские (татарские, башкирские) корни, что типично для фамилий, возникших в зоне смешанного расселения народов. Если предки были крестьянами или казаками, то прозвище могло закрепиться за ними именно в XVI–XVII веках, когда активно шёл процесс русификации тюркских имён.

В отличие от фамилий на «-ин» или «-ов», образованных от имён на согласный, форма «Тарлышев» сохранила редкий суффикс «-ыш», что делает её интересным примером стыка языковых традиций. В современных базах данных фамилия остаётся малочисленной, что подтверждает её локальное происхождение — скорее всего, от одного конкретного рода, носившего прозвище Тарлыш.