Фамилия Тилибаева происходит от мужского имени Тилибай. Это составное тюркское имя, где первая часть «тили» восходит к слову «диль» — «язык», «речь», а «бай» — «богач», «господин», «хозяин». В целом имя Тилибай можно перевести как «богатый языком», то есть красноречивый, умеющий убеждать, или же как «владеющий речью». Имена с компонентом «бай» были распространены у многих тюркских народов (казахов, башкир, татар, киргизов) и давались с пожеланием благополучия и достатка.

Суффикс -ева указывает на женскую форму фамилии. Мужской вариант — Тилибаев. Такая модель образования типична для русских фамилий, которые возникли из тюркских имён: к основе добавлялся русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягких согласных и шипящих). То есть фамилия буквально означает «дочь (или жена) Тилибая».

Сам по себе суффикс -ев в этом случае не несёт указания на сословие: такую фамилию мог получить и крестьянин, и купец, и служилый человек. Однако основная масса тюркских фамилий на -ов/-ев в русском языке закрепилась в XIX–XX веках, когда при переписях и паспортизации нерусскому населению часто записывали фамилию по отцу с русским окончанием.

Географически фамилия Тилибаева чаще всего встречается в Казахстане, Башкортостане, Татарстане, а также среди башкир и татар, проживающих в Челябинской и Оренбургской областях. Встречаются варианты написания с одной «л» — Тилибаева, что связано с особенностями передачи тюркских звуков на письме.

Родственные фамилии — Тилибаев, Дилибаев, Телебаев (где «теле» — тот же корень «диль» в казахском произношении). Все они образованы от одной основы и различаются лишь диалектным звучанием. Таким образом, предки носительницы фамилии Тилибаева, скорее всего, были людьми, ценившими слово и красноречие, а само имя давалось с надеждой на успех в общении и делах.