Фамилия Тиллябаева — редкий пример, где географический корень и тюркская основа переплелись так, что без знания узбекского и каракалпакского языков не разобраться. Её разгадка лежит не в русском, а в восточном ономастиконе. Основа фамилии — мужское имя Тиллябай. Оно составное: «тилля» (от персидского «тилло» — золото, золотой) и «бай» (тюркское — богатый, хозяин, господин). Вместе имя означает «золотой богач» или «обладатель золота». Такие имена в Средней Азии давали с пожеланием достатка и удачи, а часто — и в знак того, что ребёнок родился в зажиточной семье.

Русский суффикс -ев присоединился к основе Тиллябай по стандартной модели образования русских фамилий от иноязычных имён. Женский вариант Тиллябаева указывает на то, что носительница — женщина, а мужская форма была бы Тиллябаев. В русской традиции такие фамилии закрепились в XIX–XX веках, когда тюркские народы, входившие в состав Российской империи, получали паспорта и фамилии по отцовскому имени.

Географически фамилия плотнее всего привязана к Узбекистану, особенно к Хорезмской области и Каракалпакстану. Именно там имя Тиллябай было распространено среди узбеков и каракалпаков. В России носители фамилии встречаются редко — это, как правило, потомки мигрантов из Средней Азии. В отличие от многих русских фамилий, которые образованы от ремёсел или прозвищ, Тиллябаева прозрачно указывает на социальный статус или пожелание: предок мог быть не просто богатым человеком, а торговцем, скотовладельцем или уважаемым старейшиной.

В написании фамилии возможна путаница: в советских документах её могли записать как Тиллабаева (с одной «л») из-за особенностей транслитерации. Но исходное имя Тиллябай пишется с удвоенной «л» в русской передаче, так как в персидском «тилло» произносится с долгим звуком. Если встретите вариант Тиллабаева — это та же фамилия, но с упрощённой орфографией.