Фамилия Тилляшайхова — редкая и составная, в её основе лежат два тюркских слова. Первая часть, «тилля», восходит к тюркскому «тилла» или «телля» — золото, золотой. Вторая часть, «шайх», — это арабское заимствование, означающее старейшину, главу рода, духовного наставника (шейх). Таким образом, в основе фамилии лежит прозвище или почётное именование Тилляшайх — «золотой шейх», «шейх, подобный золоту». Так могли назвать уважаемого, богатого или щедрого человека, либо обладателя золотистых волос или бороды.

Фамилия образована по русской патронимической модели с суффиксом -ов, характерным для многих народов Поволжья и Средней Азии, попавших под влияние русской административной системы. Окончание -а указывает на женскую форму, то есть Тилляшайхова — это «дочь или жена Тилляшайха». В мужском варианте фамилия звучала бы как Тилляшайхов, но в документах чаще фиксируется именно женская форма, так как носительницами фамилии в основном являются женщины.

Географически фамилия Тилляшайхова почти наверняка привязана к Узбекистану, Таджикистану или прилегающим регионам, где распространены тюркские и арабо-персидские имена. Слово «тилля» особенно характерно для узбекского языка (сравните «тилла» — золото, «Тиллаев» — распространённая фамилия). Встречается она крайне редко, и это говорит о том, что её носители — потомки одного конкретного рода, получившего фамилию по имени основателя.

Скорее всего, предок носительницы фамилии был духовным лицом или состоятельным человеком в махалле, которого в народе прозвали «золотым шейхом» — либо за богатство, либо за мудрость и щедрость. Со временем это прозвище закрепилось как родовое имя, а затем, при советской паспортизации, превратилось в фамилию.

Других версий происхождения, связанных с русскими или европейскими корнями, у этой фамилии нет — она полностью принадлежит тюрко-исламской ономастической традиции, переоформленной по русскому образцу.