Фамилия Тлеуханов — один из ярких примеров казахской антропонимии, адаптированной русской патронимической моделью. В её основе лежит мужское личное имя Тлеухан, которое состоит из двух частей. Первая — «тлеу» (тiлеу), что в переводе с казахского означает «желание, просьба, надежда». Вторая — «хан» (титул верховного правителя у тюркских народов). Таким образом, имя Тлеухан означает «хан, который является надеждой» или «желанный хан». Подобные двухосновные имена (с компонентом «хан» или «бек») были распространены у казахов в XIX — начале XX века и несли пожелание знатности и могущества.

Русский суффикс -ов (вместо казахского окончания -ұлы/-қызы) появился в фамилии в результате русификации, когда в XIX веке казахов начали массово приписывать к фашильным фамилиям с русскими окончаниями для учёта в документах Российской империи. Буква «в» в конце — стандартный маркер принадлежности («чей?» — Тлеуханов), характерный для фамилий, образованных от имён на согласный.

Географически фамилия Тлеуханов с высокой вероятностью привязана к Западному Казахстану или Мангистауской области, где распространён род (ру) Адай, внутри которого встречаются ответвления с именем Тлеу. Однако без конкретного шежире (родословной) утверждать это сложно. Встречается фамилия и у других казахских родов, так как имя было популярным и не закреплялось строго за одним племенем.

Важная деталь: в отличие от многих русских фамилий, где суффикс -ов присоединялся к отчеству, у казахов фамилия часто фиксировала имя деда или прадеда. Поэтому Тлеухановы — это потомки человека по имени Тлеухан, который, вероятно, жил во второй половине XIX века. В советское время фамилия закрепилась окончательно, и сейчас её носители живут не только в Казахстане, но и в России (особенно в Астраханской и Оренбургской областях), а также в среде казахской диаспоры за рубежом.