Фамилия Тулеметов — одна из тех, что сразу указывает на восточные, скорее всего тюркские корни. В её основе лежит сложное имя Тулемет (или Тюлемет), которое состоит из двух частей: «туле» (тюле) — в разных тюркских языках это может означать «полный», «совершенный» или же быть вариантом имени «Тулеген» (долгожданный, желанный ребёнок) и «мет» — аффикс, образующий имена со значением «обладающий качеством» или «подобный». В целом, Тулемет можно перевести как «совершенный, подобный совершенству» или «исполненный (желаний)». Это типичное для тюркских народов личное имя-пожелание, которое давали мальчикам, надеясь на их благополучную судьбу.

Суффикс -ов в конце указывает на русскую модель образования фамилий: «чей сын?» — Тулеметов. Это значит, что фамилию получили потомки человека по имени Тулемет. Такая модель — самая распространённая среди фамилий тюркского происхождения в России, когда к основе добавляли русский патронимический суффикс. Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным тюркским населением: это Поволжье (особенно Башкортостан, Татарстан), Оренбуржье, а также Казахстан. Встречается и у казахов, и у башкир, и у татар, и у ногайцев — имя Тулемет не было закреплено за одним конкретным народом.

Интересно, что в некоторых говорах имя могло звучать как Тюлемет, поэтому в старых документах можно встретить вариант «Тюлеметов». Написание через «у» стало более устойчивым под влиянием литературных норм русского языка, где «тю» — редкое сочетание. С точки зрения сословной истории, Тулеметовы — это, скорее всего, потомки крестьян или казаков, поскольку в дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована. Фамилия редкая, но не единичная — её носители живут в основном на Южном Урале и в Западной Сибири, что подтверждает миграцию тюркского населения в XVII–XIX веках на новые земли.