Фамилия Тилимонюк с первого взгляда кажется загадочной: в ней нет привычного славянского корня, который сразу подсказал бы значение. Однако её структура прозрачна. Суффикс -юк типичен для украинской ономастики Западной Украины — Волыни, Подолья, Полесья. Он указывает на патроним: Тилимонюк — «сын Тилимона» или «потомок Тилимона».

В основе фамилии лежит имя Тилимон. Это народная, диалектная форма канонического имени Филимон. В украинском языке начальное «ф» часто переходило в «т» (сравните: Федір — Тодір, Филимон — Тилимон). Такой фонетический сдвиг — не ошибка, а закономерное явление юго-западных говоров. Имя Филимон (от греческого φιλέω — «любить») в древности носили люди, которых крестили в честь святого Филимона, одного из апостолов от семидесяти.

Таким образом, Тилимонюк — это «внук» или «сын человека по имени Тилимон». Предок носителя фамилии скорее всего был крестьянином или мещанином из украинских земель, где имя Филимон бытовало в просторечной форме. Фамилия закрепилась в XIX веке, когда патронимы на -юк стали наследственными.

Стоит отметить, что написание с «и» в первом слоге (Тилимонюк, а не Тылимонюк) — устойчивое. Это указывает на то, что имя Тилимон произносили с мягким «и», характерным для полесских и подольских говоров. Встречаются редкие варианты Телимонюк, но они ещё больше уводят от исходного Филимона. Географически фамилия сегодня рассеяна, но её ядро — историческая Волынь, где такие модели образования фамилий были массовыми.