Фамилия Тугомылов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка не связано с характером или внешностью, а указывает на конкретное ремесло. В её основе лежит тюркское слово «туг» — знамя, бунчук (конский хвост на древке, служивший штандартом у кочевников). Вторая часть, «мыл», восходит к глаголу со значением «делать, изготовлять». Таким образом, Тугомылов — это «делатель знамён», то есть знаменщик, мастер, изготавливавший воинские стяги. В русской служилой среде XVI–XVII веков, где бок о бок несли службу татары, мордва и русские, такое прозвище было понятным и профессиональным.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ, оканчивающихся на согласный. Первоначально Тугомылов — «сын Тугомыла», то есть потомок человека, носившего прозвище Тугомыл. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Тугомы́лов, хотя в разговорной речи встречаются варианты.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью — регионам бывшего Казанского ханства и землям, где исторически селились служилые татары и мордва. Встречается она в основном в Самарской, Ульяновской, Оренбургской областях и в Татарстане. Это косвенно подтверждает версию о тюркском корне: именно в этих краях контакт русских и тюркских языков был наиболее плотным.

В отличие от многих фамилий, где прозвище со временем потеряло смысл, здесь значение сохранилось почти прозрачно. Сравните с однокоренными: Тугодумов (от тюркского «тугдум» — родился) или Туганбаев (от «туган» — родной). Тугомылов стоит особняком: оно не про родство и не про ум, а про конкретное дело. Предок носителя этой фамилии, вероятно, был мастеровым человеком, обеспечивавшим армию одним из ключевых элементов воинской символики — знаменем.