Фамилия Тельменев — яркий пример того, как прозвище, данное человеку по внешности или манере поведения, закрепилось в роду и превратилось в фамилию. В её основе лежит диалектное слово «тельмень», которое в русских говорах, особенно на Урале и в Сибири, означало «увалень», «неповоротливый человек» или «неуклюжий, медлительный здоровяк». Корень здесь, вероятно, связан с глаголом «тельпать» (тащить, волочить) или с общеславянским «тель» (основа, стан), откуда и пошло значение «грузный, тяжёлый на подъём».

Суффикс -ев указывает на притяжательный характер: Тельменев — сын Тельменя. Такая модель типична для фамилий, образованных от прозвищ с мягкой или шипящей основой. Интересно, что в отличие от более частых фамилий на -ов, здесь сохранился «текучий» гласный: в именительном падеже Тельмень перешёл в Тельменев. Если бы прозвище звучало как Тельмен, фамилия была бы Тельменов, но форма на -ев закрепилась именно из-за мягкого конечного согласного исходного слова.

Географически фамилия тяготеет к северным и уральским регионам. В переписных книгах Пермской и Вятской губерний XIX века изредка встречаются крестьяне с таким прозвищем. Это говорит о том, что предки носителей фамилии были, скорее всего, государственными или помещичьими крестьянами, а не дворянами: фамилия не попала в родословные книги, а осталась в бытовой среде. Второй, менее вероятный вариант — связь с тюркским словом «тельмен» (верблюд), но для русской ономастики это нетипично: прозвище давали по человеку, а не по животному, которое в средней полосе было редкостью.

В современном написании фамилия нередко искажается: можно встретить варианты Тельменов, Тельминев или даже Тельменёв с ударением на последний слог. Правильное ударение — на первый слог: Те́льменев, что сохраняет ритмику исходного прозвища. Однокоренных фамилий в русском языке почти нет, что делает Тельменева редким случаем: это не переосмысление церковного имени и не профессиональное прозвище, а чисто описательная характеристика, застывшая в веках.