Фамилия Тильмагамбетов — яркий пример того, как русская модель фамилии (суффикс -ов) соединилась с тюркским личным именем. В основе лежит сложное казахское мужское имя Тильмагамбет, которое состоит из двух частей: «тиль» (язык) и «Магамбет» (фонетический вариант имени Мухаммед). Таким образом, имя можно перевести как «язык (голос) Мухаммеда» или «говорящий о Мухаммеде». Это типичное для тюркского мира теофорное имя, то есть имя, включающее имя пророка, что указывает на исламскую традицию именования.

Фамилия образована по типичной русской модели: к основе на согласный прибавляется суффикс -ов, который в данном случае выполняет роль притяжательного суффикса, отвечая на вопрос «чей?». Получается: Тильмагамбетов — «сын Тильмагамбета» или «из рода Тильмагамбета». Это говорит о том, что фамилия оформилась в тесном контакте с русской культурой, скорее всего, в период переписи населения или при оформлении документов, когда казахские имена фиксировались по русскому образцу.

Географически фамилия почти наверняка восходит к Западному Казахстану, где распространены имена с компонентом «тиль». Встречаются и родственные варианты написания — Тильмагамбетов, Тилемаганбетов, что связано с особенностями передачи казахской фонетики на письме. В отличие от фамилий на -ин или -ский, эта фамилия не привязана к сословию или роду занятий — она чисто патронимическая, то есть указывает на имя предка, а не на его профессию.

Искать в фамилии прозвищный смысл не стоит: это не характеристика человека, а имя в честь религиозного деятеля. Предок носителя фамилии, вероятно, был назван так в надежде, что он будет красноречив в вопросах веры или станет уважаемым человеком, чьё слово имеет вес.