Фамилия Тюлюмов — редкий случай, когда при внешней простоте сложно сразу определить, от какого слова образована основа. На слух она кажется тюркской, и это верное направление. Суффикс -ов указывает на русскую модель оформления, но корень «Тюлюм» явно заимствованный.

Самая вероятная версия связывает фамилию с тюркским личным именем Тюлюм (Tülüm). В тюркских языках это слово имеет несколько значений, но чаще всего его переводят как «желание», «мечта», «стремление». В некоторых диалектах «тюлюм» может означать «награда» или «дар». Таким образом, имя Тюлюм давали ребенку как пожелание счастливой судьбы или как знак того, что он — долгожданный, вымоленный у высших сил. Фамилия Тюлюмов, следовательно, означает «потомок Тюлюма».

Менее распространённая, но возможная версия — прозвищное происхождение от слова «тюлюм» в значении «вид растения» или «пучок, кисть». В некоторых тюркских говорах так могли назвать человека с пышной шевелюрой или бородой. Однако прозвища от названий растений в этой среде встречаются реже, чем личные имена, поэтому версия с именем выглядит убедительнее.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически смешивались тюркские и славянские народы: Поволжье, Урал, юг Сибири. Встречается она и у башкир, и у татар, и у русских, чьи предки жили в соседстве с ними. Важно, что фамилия не имеет отношения к русскому слову «тюль» или каким-то европейским корням — её происхождение чисто восточное.

По суффиксальной модели Тюлюмов — классическая «патронимическая» фамилия, то есть образованная от имени отца. В русской традиции такие фамилии закреплялись за крестьянами и мещанами, реже — за служилыми людьми из «инородцев». Сословного барьера фамилия не несёт: её могли носить и крестьяне, и купцы, и казаки.