Фамилия Толеулинова — редкий случай, когда женская форма оказывается более распространённой, чем мужская, по крайней мере, в русскоязычных записях. Мужской вариант — Толеулинов. Основа фамилии — казахское личное имя Толеули, которое, в свою очередь, образовано от имени Толеу (варианты: Толе, Тулеу) с добавлением компонента -улы. В казахской антропонимике -улы (или -ұлы) означает «сын», то есть Толеули буквально переводится как «сын Толеу». Само имя Толеу восходит к тюркскому корню со значением «просить, желать» — в прошлом такое имя могли дать долгожданному, вымоленному у высших сил ребёнку.

Русский суффикс -ов, добавленный к казахской основе, — классический пример адаптации иноязычной фамилии в документах Российской империи и СССР. Когда записывали фамилию нерусского происхождения, к ней механически прибавляли привычный для русского уха патронимический суффикс. Таким образом, Толеулинов — это двойная патронимическая конструкция: казахское «сын Толеу» плюс русское «чей?». Окончание -а указывает на женский род: такую фамилию носит дочь или жена Толеулинова.

Географически фамилия связана с Казахстаном, прежде всего с южными и западными регионами, где распространён род Толеу. Встречается она и у казахов, живущих в России — в Астраханской, Оренбургской областях. Сословно предки носителя фамилии, скорее всего, относились к простым скотоводам или воинам-казахам, не входившим в высшую знать (султаны и торе имели другие родовые маркеры). Фамилия не аристократическая, а народная, что делает её типичным образцом массовой казахской фамилии, русифицированной при письменной фиксации.

Из-за редкости фамилия не попала в фундаментальные ономастические словари русского языка, но её разбор прозрачен: основа — Толеули, суффикс — -ов, окончание — -а. Спорных версий здесь нет — все компоненты фамилии хорошо идентифицируются.