Фамилия Тилькаев — редкая и звучит не по-русски. Её основа, суффикс и география бытования указывают на тюркское происхождение, скорее всего, из языков Поволжья или Урала.

Корень «Тилька» — это вариант татарского или башкирского имени Тилька (Тилькә). В тюркских языках «тил» означает «язык», но в именах этот корень чаще выступает как сокращение от сложных имён вроде Тильмухаммет или Тильмансур, где «тиль» — искажённое «диль» (душа, сердце). То есть Тилька — это уменьшительно-ласкательная форма от имени, которое переводится как «душа пророка» или «душа победоносного». Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Тилькаев буквально означает «сын Тильки», «из рода Тильки».

Фамилия фиксируется в основном среди татар, башкир и чувашей. Встречается в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане. Это говорит о том, что предки носителя фамилии были, скорее всего, крестьянами или служилыми людьми (тептярами, башкирами-вотчинниками), которые в XVIII–XIX веках получали фамилии по имени отца.

Интересная деталь: написание через «а» (Тилькаев, а не Тилькеев) характерно для русского оформления тюркских фамилий. В оригинале, по-татарски, фамилия звучала бы как «Тилькаев» или «Тилькәев», где мягкий знак на конце корня — особенность произношения. В русских документах эту мягкость передали буквой «и» после «л», что и дало современное написание. Других версий, например, связи с немецким или финским корнем, нет — они не подтверждаются ни географией, ни типом суффикса.