Фамилия Илченко — типичный пример украинской модели фамилии на -енко, которая в XVII–XVIII веках стала массово вытеснять старые отчества и прозвища в казацкой среде, а затем закрепилась по всей Левобережной Украине, Слобожанщине и южным регионам России. Суффикс -енко в украинской ономастике означал «сын» или «потомок», то есть Илченко — буквально «сын Илька». Основа здесь — уменьшительная форма крестильного имени Илья — Илько (с чередованием к/ч перед суффиксом). Так что предок носителя этой фамилии, скорее всего, был человеком по имени Илья, которого в быту звали Илько.

Споров вокруг корня почти нет — версия с именем Илья лежит на поверхности и подтверждается огромным пластом аналогичных фамилий: Ильченко, Ильчук, Ильин, Ильиных. Редкий случай, когда альтернативные гипотезы (например, от прозвища Илец или от географического названия) не выдерживают критики: ни в одном говоре не зафиксировано прозвище или топоним «Илко», который бы дал такую форму. Поэтому смело можно утверждать: фамилия Илченко — патронимическая, образованная от разговорного варианта имени Илья.

Географически фамилия тяготеет к Черниговской, Полтавской и Харьковской областям, а также к смежным районам России — Курской и Белгородской областям. В XIX веке носители фамилии встречались в основном среди крестьян и казаков. Сословной элиты среди Илченко не было — фамилия демократичная, без дворянских ветвей. В дореволюционных метрических книгах она записывалась последовательно: Илченко, реже — Ильченко (с мягким знаком), но вторая форма закрепилась как самостоятельная фамилия, поэтому Илченко — это именно вариант без «ь», что может указывать на местную произносительную норму, где «л» звучала твёрдо.

В отличие от многих украинских фамилий на -енко, которые со временем русифицировались (например, Коваленко — Коваленков), фамилия Илченко почти не изменила форму — в русских документах её писали так же, без добавления -ов. Это говорит о том, что носители сохраняли украинскую идентичность даже при переезде в великорусские губернии. Единственное, что могло меняться — ударение: в украинском варианте оно падает на первый слог (И́лченко), в русском — на второй (Илче́нко). Оба варианта допустимы, но исторически первично ударение на «и».