Фамилия Тельменов — один из тех случаев, где корень почти наверняка иноязычный, а суффикс — стандартный русский патронимический -ов. Если отбросить окончание, остаётся основа Тельмен. Самая вероятная версия: фамилия восходит к крестильному имени Филимон (греч. «любящий, целующий»). В народной речи имя Филимон нередко переделывали: «Ф» переходило в «Т» (сравните: Фёдор — Тодор, Филипп — Тиллип), а «мон» упрощалось до «мен». Так Филимон превращался в Тельмена, а сын становился Тельменовым. Подобные фонетические замены — обычное дело в русских говорах, особенно в южных и западных регионах.

Вторая версия, менее популярная, но не лишённая оснований, — тюркская. Слово «телмен» могло означать «толмач», то есть переводчик (ср. татарское «тәлмәч», казахское «тілмаш»). В таком случае Тельменов — потомок человека, который занимался устным переводом в татарской или башкирской среде. Учитывая, что на стыке русских и тюркских земель фамилии с таким корнем встречаются (например, Тельманов, Тельменёв), эта гипотеза имеет право на существование.

Третья возможность — связь с диалектным «тельмень» или «тельма», означавшим в некоторых говорах «холод, стужу» или «неповоротливого человека». Но это уже область предположений: письменных подтверждений такого прозвища в старых грамотах почти нет.

Географически фамилия Тельменов редкая. Встречается в основном в Поволжье (Татарстан, Ульяновская, Самарская области) и на Урале, что косвенно поддерживает и версию с тюркским корнем, и вариант с народным переиначиванием Филимона. Сословного барьера у неё не было: Тельменовыми могли быть и крестьяне, и мещане, и казаки — всё зависело от того, в какой среде закрепилось прозвище.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?» — Тельменов). Если бы исходное прозвище заканчивалось на мягкий согласный (Тельмень), фамилия писалась бы Тельменев, но в данном случае мы имеем твёрдый финал, что типично для основ, заимствованных из других языков и адаптированных по мужскому роду.