Фамилия Фильчугов образована от прозвища или имени Фильчуг, а то, в свою очередь, — от народной формы канонического имени Филипп. В русской традиции имя Филипп сокращали до Филя, а затем добавляли суффикс -чуг, который встречается нечасто и придаёт основе уменьшительно-пренебрежительный или, скорее, фамильярный оттенок (как в словах «мальчуган», «старичуган»). Таким образом, Фильчуг — это «маленький Филя» или «Филиппок».

Суффикс -ов в финале фамилии — стандартный русский патронимический показатель, указывающий на принадлежность: «сын Фильчуга». Модель типична для крестьянских и мещанских фамилий центральной России и Поволжья, где такие «домашние» формы имён были в ходу вплоть до XIX века.

Прозвище Фильчуг могло закрепиться за человеком не только по имени. В некоторых говорах «филя» означало простака или разиню, а суффикс -чуг усиливал это значение. Однако более вероятно, что фамилия всё же восходит к имени — слишком много в России Фильчуговых, Филькиных, Филипповых, чтобы связывать их все с отрицательной характеристикой.

Географически фамилия редкая, её очаги встречаются в Курской, Орловской и соседних областях, а также у казаков. В списках однодворцев и государственных крестьян XVII–XVIII веков таких «чуг-овых» фамилий почти нет — они массово оформлялись позже, при переписях XIX века, когда писарь записывал крестьянина по уличному прозвищу.

Однокоренные фамилии — Фильчаков, Фильчагин, Фильченков — построены по той же модели, но с разными суффиксами. Фильчугов выделяется именно редкостью суффикса -чуг, что делает фамилию приметной среди прочих «филь-» производных.