Фамилия Тилеубаев — яркий пример казахской антропонимической модели, которая влилась в русский ономастикон. Её основа — составное мужское имя Тилеубай, где первая часть «тилеу» восходит к казахскому «тілеу» — «просьба, желание, благо» или «тiлеу» в значении «проситель, тот, кто просит». Вторая часть «бай» — традиционный компонент тюркских имён, означающий «богач, хозяин, господин». Имя Тилеубай буквально переводится как «просящий богатства» или «желанный богач», что было типичным пожелательным именем: родители надеялись, что ребёнок вырастет обеспеченным и уважаемым человеком.

Русский суффикс -ев присоединился к основе Тилеубай по правилам адаптации тюркских фамилий в Российской империи. В конце XIX — начале XX века, при проведении переписей и закреплении фамилий среди казахов, к именам отцов добавляли русские патронимические окончания -ов/-ев, -ин. Так Тилеубай стал Тилеубаевым — «сын Тилеубая». Если бы фамилия образовалась от той же основы, но с другим суффиксом, мы могли бы встретить вариант Тилеубаев, но именно форма на -ев закрепилась как стандартная для многих казахских фамилий (сравните: Ахметов, Жумабаев).

Географически фамилия Тилеубаев распространена в Казахстане, особенно в западных и южных регионах, а также среди казахской диаспоры в России (Оренбургская, Астраханская области). Встречаются и варианты написания: Тилеубаев, реже — Тилиубаев, что связано с особенностями передачи казахского звука «ү» (близкого к русскому «у»). В русском языке фамилия склоняется по первому склонению: Тилеубаев, Тилеубаева, Тилеубаевы.

Социальный контекст: предки носителей фамилии — скорее всего, рядовые кочевники-скотоводы, получившие имя Тилеубай в традиционной казахской среде. Никакого дворянского или княжеского происхождения фамилия не подразумевает — это типичный патроним, указывающий на род занятий или пожелание, а не на сословную принадлежность. В отличие от русских дворянских фамилий на -ский, казахские фамилии на -ев редко фиксировали землевладение или чин.