Biolog i badaczka z National Geographic Society, Paola Nogales-Ascarrunz, po raz pierwszy zetknęła się z tym gatunkiem w 2017 roku, kiedy to rezerwat przyrody La Senda Verde w Boliwii skontaktował się z nią w sprawie przywiezionego tam ocelota. Przez około rok wcześniej ocelot ten mieszkał u mężczyzny w La Paz, który znalazł go jako kocię i początkowo uważał go za kota domowego, zanim zdał sobie sprawę, że zwierzę wymaga opieki rezerwatu dzikiej przyrody. W tym czasie próbował karmić go „kluskami, ryżem i jajkami”. Nogales-Ascarrunz była zaintrygowana tym kotem i sfotografowała go, sądząc wówczas, że jest to wyjątkowo wyglądający przedstawiciel pokrewnego gatunku ocelota tygrysiego (Leopardus tigrinus).
W 2019 roku, podczas przygotowywania broszury poświęconej gatunkom kotów występującym w Boliwii, Nogales-Ascarrunz zauważył, że osobnik z rezerwatu przyrody różnił się od ocelota tygrysiego. W 2026 roku, na podstawie analizy genomowej, tilcayo zostało uznane za odrębny gatunek.