Фамилия Тиллоева нечасто встречается, и её происхождение связано с тюркскими языками, а точнее — с узбекским или таджикским влиянием. Основа фамилии восходит к слову «тилло» (или «тилла»), что в переводе с узбекского и таджикского означает «золото». Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Тиллоев — буквально «золотой» или «золотых дел мастер». Фамилия образована по русской модели патронимии, но от прозвища или имени, а не от отчества: это типичная ситуация для народов Средней Азии, где при присоединении к Российской империи местные имена и прозвища адаптировали с помощью русских суффиксов.

Скорее всего, предок носителя фамилии был ювелиром, торговцем золотом или просто человеком, которого прозвали «золотым» за богатство, светлые волосы или особую ценность для общины. В тюркской ономастике «Тилла» могло быть и личным именем, дававшимся в надежде на достаток. Женская форма Тиллоева указывает, что фамилия закрепилась в роду через отца или мужа, но сама основа не имеет гендерной окраски.

Географически фамилия тяготеет к Узбекистану, Таджикистану и южным регионам России, особенно к Дагестану и Чечне, где тюркские и иранские корни переплетаются. Встречается и среди татар, но реже. Важно не путать с фамилией Тиллоев (с одним «л») — она более распространена, а удвоенное «лл» в русском написании может быть следствием передачи арабской буквы «лам» через двойную согласную в паспортных записях.

По сравнению с однокоренными фамилиями вроде Золотарев или Золотов, Тиллоева прямо не переводится на русский — это калька с восточного понятия, что делает её маркером культурного пограничья. В дореволюционных метриках фамилию могли записывать как Тиллаев, Тиллоев или даже Тилляев, но современное написание закрепилось через советские паспортные столы. Носителей фамилии немного, и в основном это женщины из регионов бывшей Средней Азии, что объясняет окончание «-а».