Фамилия Тилимбаев — редкая и с точки зрения русского языка неочевидная. Её структура сразу подсказывает, что перед нами не исконно славянская фамилия, а тюркская по происхождению, адаптированная русским суффиксом -ев.

Разберём основу. В фамилии выделяется корень «Тилимбай» — это составное имя. Первая часть, «Тилим», восходит к тюркскому слову тил (язык) или тилемек (просить, желать). В именах тюркских народов (казахов, башкир, татар, киргизов) компонент «Тилим» мог означать «красноречивый», «обладающий даром слова» или же «желанный» (тот, кого просили у высших сил). Вторая часть, «бай», — один из самых распространённых титульных компонентов в тюркской ономастике, означающий «господин», «богач», «хозяин». Получается, что личное имя Тилимбай могло переводиться как «богатый речью» или «желанный господин». Встречаются и варианты толкования, где «Тилим» — это диалектная форма от дилим (моя доля, часть), тогда имя приобретает оттенок «доля богача» или «счастливая доля».

Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягких согласных) — стандартный русский патронимический суффикс. Он присоединялся к тюркским именам при оформлении документов, чаще всего во второй половине XIX века, когда у кочевых и полукочевых народов Российской империи начали массово фиксировать фамилии. Таким образом, Тилимбаев буквально означает «потомок Тилимбая» или «принадлежащий роду Тилимбая».

Географически фамилия наиболее характерна для казахов (особенно южных и западных регионов Казахстана), а также встречается у башкир и татар. В русской среде она практически не бытует, что делает её ярким маркером этнического происхождения. Сословно предки Тилимбаевых, скорее всего, были скотоводами или земледельцами, а само имя Тилимбай мог получить человек, выделявшийся красноречием на родовых собраниях, или долгожданный, вымоленный у неба сын.