Фамилия Тилежинский — одна из тех, что сразу выдают своего носителя: её окончание -ский указывает на дворянское или шляхетское происхождение, но не в смысле титула, а по модели образования. Такие фамилии в XVII–XIX веках чаще всего получали выходцы из духовенства, реже — польская или украинская шляхта, а также крестьяне, которым давали фамилии по названию имения или села. В случае Тилежинского основа, скорее всего, топонимическая.

Корень «Тилеж» или «Тилежь» — это, с большой вероятностью, искажённое название места. В ономастике есть версия, что исходное название звучало как «Тилеж», «Тилежи» или даже «Тилежин» — небольшое поселение на территории современной Беларуси или западной России. Суффикс -ин- в основе Тилежин- (а затем -ский) характерен для притяжательных форм: «принадлежащий Тилежу». То есть Тилежинский — тот, кто родом из Тилежа или Тилежина. Прямых географических названий с таким корнем в современных атласах почти не осталось, но в исторических документах встречаются упоминания деревень с похожими названиями в Могилёвской и Витебской губерниях.

Менее вероятная, но допустимая версия — происхождение от прозвища «Тилега» или «Тилеж». В некоторых говорах «тилега» означало нечто неуклюжее, громоздкое (от тюркского «телега» — повозка), но такое прозвище могло закрепиться за возчиком или тележным мастером. Однако суффикс -ский плохо сочетается с прозвищами простого люда: обычно их перерабатывали в -ов или -ин (Тилегов, Тилежин). Поэтому топонимическая версия выглядит убедительнее.

Фамилия редкая, в массовых списках XIX века почти не встречается, что тоже говорит в пользу локального происхождения — от одного конкретного села или поместья. В современной России и Беларуси носители Тилежинского рассеяны единично, без выраженного регионального гнезда. По сословной принадлежности предки, скорее всего, относились к мелкопоместной шляхте или духовенству — именно эти группы чаще всего получали фамилии на -ский от названий своих владений или приходов.