En un estrecho valle que forma el río de su nombre en la parte más meridional del valle del Tozo, en una carretera interior que comunica la que va de Burgos a Aguilar de Campóo con la que sube de Villadiego por la zona de Humada y en terreno desigual, está situado TALAMILLO DEL TOZO, a 15 km. de Villadiego y 53 de Burgos.
Siente el calor y la compañía de Los Valcárceres al otro lado de los montes, Fuente-Úrbel, La Rad, Trasahedo del Tozo, San Mamés de Abar y Fuencaliente de Lucio o Fuencalenteja.
Entre los años 1121 y 1124 aparece su nombre escrito por primera vez en la documentación del Obispado de Burgos: “et in Talamiello” y, según declaración de sus pobladores en las respuestas generales del Catastro del Marqués de la Ensenada en 1752, pertenecían únicamente al rey al que pagaban tributos; era, por tanto, lugar de realengo.
Sus habitantes sumaban 120 en el año 1848, según datos que aparecen en el Diccionario geográfico de Pascual Madoz. Aprovechando la bonanza poblacional de la segunda mitad del siglo XIX consiguió crecer, como la inmensa mayoría de los pueblos de la provincia, y llegar a 1900 con 183 personas, número que mantuvo y aún aumentó a lo largo de la segunda mitad del siglo, presentando en 1950 un censo de 190 habitantes. Los persistentes embates de la emigración de la segunda mitad del siglo lo han dejado reducido a 36 personas en el año 2000.