Фамилия Илариохин — редкий случай, когда в основе лежит не просто имя, а церковнославянская форма имени с необычным суффиксальным оформлением. В её корне лежит имя Илариох, которое представляет собой просторечный или диалектный вариант канонического имени Иларий (от латинского hilarius — «весёлый»). В русской традиции такие имена, как Иларий, часто переделывали на более привычный лад: добавляли окончание -ох, характерное для уменьшительно-ласкательных форм (сравните: Ларион — Лариох, Иларий — Илариох). Так что Илариохин изначально означает «сын Илариоха», то есть потомок человека, которого в быту звали Илариохом.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: чей? — Илариохин. Это типичная модель для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а или -о. В данном случае исходная форма Илариох дала основу на твёрдый согласный, но фамилия пошла по «материнскому» типу склонения (как у фамилий на -ин, а не на -ов). Это не редкость: в северных и центральных говорах, а также в среде духовенства, фамилии на -ин от имён на -ох встречаются вполне закономерно.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где были распространены диалектные формы церковных имён. Встречается она в основном в центральной России и Поволжье, но крайне мала по численности. Судя по модели образования, её носители — потомки крестьян или мещан, поскольку именно в этих сословиях были живы просторечные варианты имён. В дворянской среде предпочитали более книжные формы вроде Иларионов.

Спорных версий здесь немного: можно было бы предположить, что основа — Илариох от греческого «илариос» (весёлый), но это лишь подтверждает этимологию. Других корней, не связанных с именем, у фамилии нет — слишком прозрачна словообразовательная цепочка. Интересно, что фамилия Илариохин стоит в одном ряду с такими же редкими, как Лариохин, Ерохин, Антиохин — все они образованы от простонародных версий имён, которые вышли из употребления уже в XIX веке.