Фамилия Тювилин образована от прозвища или нецерковного имени Тювила. В русских говорах слово «тювила» могло означать медлительного, неповоротливого или рассеянного человека. В словаре Владимира Даля «тювикать» — говорить невнятно, мямлить, а «тюва» — простофиля, разиня. Скорее всего, прозвище дали человеку с неторопливой речью или нерасторопному в делах.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Тювилин — «сын Тювилы» или «из семьи Тювилы». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ или личных имён на -а/-я. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречаются у носителей имён на твёрдый согласный, -ин характерен для основ на мягкий или шипящий, а также для слов женского рода. Здесь же основа Тювил- — мужского рода, но с окончанием -а, что дало форму Тювилин.

Фамилия редкая и локальная. Большинство носителей встречается в Поволжье и на юге России, особенно в Волгоградской и Ростовской областях. Возможно, первоначально фамилия бытовала в среде казачества или крестьян-однодворцев, где прозвища давались метко и часто закреплялись в документах. В дворянских родословных книгах Тювилины не значатся — это крестьянская или мещанская фамилия.

В ономастике встречается версия, что основа восходит к тюркскому «тюве» (верблюд) — мол, прозвище могли дать за высокий рост или горделивую осанку. Но эта гипотеза слабая: переход «тюве» в «тювила» маловероятен для русских говоров, а в Поволжье, где фамилия распространена, тюркские заимствования обычно сохраняют корень в более узнаваемой форме (ср. Тювеев, Тювякин). Надёжнее связывать Тювилина с русским диалектным словом.

Фамилия не меняла написания со времён переписей: в метрических книгах XIX века она фиксируется как Тювилин, без вариантов. Это говорит о том, что прозвище было устойчивым и не переосмыслялось в народе.