Фамилия Чилюмов — редкая и неочевидная. В ней нет привычного всем суффикса -ов/-ев, который указывает на отчество от отца или деда. Вместо него стоит -ов, но основа — не имя или профессия, а прозвище или диалектное слово, что сразу делает разбор сложнее.

Корень фамилии — «чилюм». Скорее всего, это вариант слова «чилим» — водяной орех, рогульник, который растёт в южных реках и озёрах. В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) «чилим» означает «растение» или «водоросль», а в некоторых говорах — «чубук», «трубка для курения». Если предок Чилюмовых жил у воды и промышлял сбором водяного ореха или изготовлением трубок, прозвище Чилюм / Чилим было бы естественным. Тогда фамилия — «сын Чилюма», то есть потомок человека, носившего такое прозвище.

Возможна и вторая версия, более спорная. В русских говорах Поволжья и Приуралья слово «чилюм» могло означать нечто вроде «мелкий, невзрачный человек» — от звукоподражания «чиль-чиль» (писк, тонкий звук). Но эта гипотеза менее надёжна: для прозвищ по внешности или характеру в русском языке есть куда более частые модели.

География фамилии подсказывает, что она могла возникнуть в районах с тюркским субстратом — в Татарстане, Башкирии, Оренбуржье или Астраханской области, где водяной орех был известен и где русские фамилии нередко вбирали местные диалектизмы. Суффикс -ов (а не -ин или -ский) указывает на позднее, уже после XVII века, оформление фамилии по общерусской модели.

Социальный статус первых носителей установить трудно: фамилия недворянская, не купеческая, скорее всего, крестьянская или мещанская. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках Чилюмовы встречаются крайне редко, что подтверждает её локальный и малолюдный характер.

Однокоренных фамилий почти нет. Изредка попадаются Чилимов, Чельмов, Чилюков — но все они образованы от разных основ. Чилюмов стоит особняком, и это делает её ценной для локальной истории: за ней стоит не массовая модель, а конкретное прозвище, возможно, связанное с природой или ремеслом одного человека.