Фамилия Тюлейкина — редкий пример, где основа с тюркским корнем соединилась с русским суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Тюлейкин, то есть потомок Тюлейки. Женская форма Тюлейкина образована от мужской Тюлейкин.

Корень фамилии, скорее всего, восходит к тюркскому имени Тюлей или Тюлейка. В татарском, башкирском и казахском языках есть основа «түләй» (тюлей) — «платит», «возмещает», а также имя Түләй, которое могли давать в семьях, где долго не было детей, как символический «долг» или «плату» судьбе. Встречается и версия, что Тюлей — это искажённое от имени Дюлей (от арабского «дуляй» — «близкий»), но в Поволжье и на Урале, где фамилия встречается чаще, первая трактовка правдоподобнее.

Модель образования — самая распространённая в русских фамилиях: к прозвищу или имени (Тюлейка) добавили суффикс -ин. Форма Тюлейка — это уменьшительно-ласкательный вариант имени Тюлей, характерный для русской речи при общении с носителями тюркских языков. То есть предок носителя фамилии был крещёным татарином, башкиром или чувашом, которого в русскоязычной среде называли Тюлейка, а его детей уже записывали как Тюлейкины.

Географически фамилия тяготеет к регионам бывшего Казанского ханства и Урала: встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Самарской областях. Это неудивительно: именно там активно шёл процесс христианизации тюркского населения в XVI–XVIII веках, когда имена-прозвища превращались в фамилии.

Сословный состав носителей был разным: среди Тюлейкиных есть и крестьяне, и мещане, и даже купцы. В метрических книгах XIX века фамилия фиксируется как в деревнях, так и в уездных городах. Примечательно, что в некоторых записях встречается вариант Тюлейкин с двойной «к» — Тюлейккин, что может указывать на колебания в произношении или на то, что исходное имя звучало как Тюлейкя.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Тюлейкина стоит в одном ряду с Тюлевыми, Тюляковыми и Тюлькиными. Но у Тюлейкиной есть особенность: суффикс -ин здесь не от отчества (как в Тюлин), а от прозвища с уменьшительным суффиксом -ейк-, что делает её более «разговорной» и указывает на прямое бытовое общение предков с русскими соседями.