Фамилия Тлеуленов — казахская по происхождению, что сразу видно по её основе и суффиксу. Она образована от мужского личного имени Тлеулен, которое, в свою очередь, восходит к тюркскому корню «тілеу» (в казахском произношении — «тілеу»), что означает «просьба, желание, мольба». В доисламской и раннемусульманской традиции такие имена давали с надеждой, что ребёнок будет «желанным», «выпрошенным у неба» или родился после долгих молитв. Суффикс -ов, добавленный к имени, — это русифицированный патронимический формант, который в XIX–XX веках массово присоединяли к казахским фамилиям при оформлении документов в Российской империи. Без него фамилия звучала бы как Тлеулен (или Тлеуленұлы — «сын Тлеулена»).

В казахской ономастике корень «тілеу» встречается часто: есть имена Тлеу, Тлеухан, Тлеубай, а также фамилии Тлеубаев, Тлеулин, Тлеуов. Тлеуленов стоит в этом же ряду, но с уточняющим аффиксом -лен, который мог придавать имени оттенок «полный желания» или «тот, кто просит». Вероятнее всего, первый носитель имени Тлеулен жил в среде казахов Младшего или Среднего жуза, где такие имена были особенно распространены. Географически фамилия сегодня чаще всего встречается в Западно-Казахстанской, Атырауской и Мангистауской областях Казахстана, а также среди казахской диаспоры в России (Астраханская, Оренбургская области) и Узбекистане.

Социальный контекст фамилии — типичный для казахских родов, которые вели кочевой или полукочевой образ жизни. Носители фамилии не принадлежали к высшей аристократии (торе или ходжи), а скорее к категории «кара суйек» — простых свободных скотоводов. В советское время фамилия не претерпела изменений, так как уже была зафиксирована в паспортной системе. Несмотря на внешне славянский суффикс, это чисто казахская фамилия, и её носители обычно хорошо знают своё родовое подразделение (ру) — например, среди адайцев или байулы.

Если искать параллели в других тюркских языках, то в татарском и башкирском есть похожие фамилии (Тилеуов, Тилеулин), но там корень может означать также «плата, выкуп». Для казахского варианта значение «желанный, выпрошенный» остаётся основным и наиболее правдоподобным.