Фамилия Тиленко — характерный пример украинской модели образования фамилий с суффиксом -енко. В украинской ономастике этот суффикс (а также его варианты -ко, -ченко) указывал на патронимическое происхождение: Тиленко — это буквально «сын Тиля» или «потомок Тиля».

Основа фамилии — прозвище или неканоническое имя Тиль. Его происхождение неоднозначно. Самая вероятная версия связывает его с диалектным украинским словом «тиль» — так в некоторых говорах называли человека медлительного, тихого, а также того, кто «тилится» (медлит, копается). Прозвища по характеру движений — распространённый источник фамилий в крестьянской среде. Менее вероятна, но возможна версия от польского или немецкого имени Тиль (уменьшительное от Теодор или Тильман) — в западных регионах Украины, где было заметно влияние польской и немецкой культур, такие заимствования встречались. Третья версия, почти не имеющая оснований, — от глагола «тилити» (бить, колотить), но она не подкреплена словообразовательной логикой: тогда следовало бы ждать формы Тиленко от Тило, а не от Тиль.

Фамилия Тиленко распространена прежде всего на Левобережной Украине — в Черниговской, Полтавской, Сумской областях. Это классический ареал для фамилий на -енко, которые в XVII–XVIII веках массово закрепились за казацкими и крестьянскими родами. Именно в этой среде и возникло большинство таких фамилий: сначала как прозвище отца переходило к сыну, а затем закреплялось в документах.

В России фамилия встречается значительно реже и почти всегда указывает на украинские корни носителя. В написании возможны варианты через «ы» (Тыленко) — это результат адаптации к русской орфографии, где «и» после твёрдого согласного иногда передаётся как «ы», но исходная форма однозначно украинская.

Таким образом, предок современных Тиленко — человек, которого в своей среде прозвали Тилем за неторопливость или спокойный нрав. Его потомки, осевшие в казацких полках или крестьянских общинах, получили фамилию по отцу, и она закрепилась как родовая.