Фамилия Тюльменков образована по классической для русского языка модели: к основе, восходящей к прозвищу или имени, добавили суффикс -ов, указывающий на принадлежность. Буквально это значит «сын Тюльменка», а сам Тюльменок — уменьшительная форма более старого имени или прозвища Тюльма. Такая словообразовательная цепочка — от полной формы к уменьшительной и затем к фамилии — типична для восточных, западных и южных славян, где именования по той же модели широко представлены в ономастике.

Корень «тюльм-» не имеет очевидного значения в современном русском языке, поэтому здесь возможны две версии. Первая: основа связана с диалектным словом «тюльма» или «тюльмень» — в ряде говоров так называли полноватого, неповоротливого человека или увальня. Прозвища по внешности или характеру давали часто, и они легко закреплялись за потомками. Вторая версия ведет к личному имени: в дохристианской традиции у славян бытовали имена, созвучные этой основе, например Тюльмен или Тюльман. От них и пошел уменьшительный вариант Тюльменок, а уже от него — фамилия.

Слабость второй версии в том, что имя Тюльмен нигде не зафиксировано в святцах или распространенных источниках, тогда как прозвища от диалектных слов встречаются повсеместно. Поэтому правдоподобнее выглядит первая гипотеза: фамилия отражает прозвище предка, которое подчеркивало его внешность или манеру поведения. Впрочем, не исключено, что корень мог быть заимствован из тюркских языков, где «тюльмен» или близкие формы означали что-то связанное с дорогой или передвижением, но для славянской среды это скорее редкое исключение.

Сам суффикс -енк- в основе фамилии — уменьшительный, он активно использовался в русских говорах наряду с -к- и -ок-. Такая форма указывает, что прозвище Тюльменок закрепилось за человеком как семейное, а уже его дети и внуки стали писаться Тюльменковы. Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России, где диалектная лексика сохранялась дольше и где подобные прозвищные фамилии встречались чаще, чем на юге.

В документах фамилия встречается с XIX века, но массового распространения не получила — это редкая, локальная фамилия, что типично для прозвищ, привязанных к конкретной местности. Носители её, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, поскольку прозвищные фамилии в основном закреплялись именно в этих сословиях, а не в дворянской среде.