Фамилия Тилюкина — женская форма фамилии Тилюкин, и разговор о ней стоит начать с мужского варианта, поскольку именно он хранит ключ к происхождению. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Тилюка. Слово это не из частотных, и его значение приходится восстанавливать по косвенным данным.

Наиболее вероятная версия связывает Тилюку с диалектным глаголом «тилюкать» или «телюкать». В русских говорах, особенно на северо-западе и в Сибири, «телюкать» означало «говорить невнятно, тянуть слова, мямлить» или «издавать однообразный, тягучий звук». Человек, получивший прозвище Тилюка, мог обладать медлительной, неспешной речью или, напротив, быть неразговорчивым. Есть и более узкое значение — так могли назвать пастуха, который подзывал коров особым протяжным криком («телюкать» скот). В этом случае фамилия указывала бы на род занятий предка.

Менее распространённая версия — происхождение от имени Телюк, которое в старину было вариантом крестильного имени Феодул (в просторечии Федул). В диалектах «ф» могло заменяться на «т», а гласные редуцироваться: Федул → Тедул → Телюк. Однако этот переход не столь очевиден, и версия с прозвищем выглядит убедительнее.

Суффикс -ин в фамилии Тилюкин указывает на принадлежность: «чей?» — Тилюкин, то есть сын Тилюки. Такая модель типична для северных и центральных областей России. Встречаемость фамилии географически не широкая, что говорит о её локальном происхождении — скорее всего, из небольшой группы деревень или одной волости. Сословного барьера у неё не было: прозвище Тилюка мог получить и крестьянин, и посадский человек. В современной России фамилия Тилюкина нередко встречается в Пермском крае и Кировской области — регионах, где сохранились архаичные говоры, что косвенно подтверждает диалектную версию происхождения.