Фамилия Ильенова — женская форма, в мужском варианте звучащая как Ильенов. Её основа — имя Илья, одно из самых распространённых на Руси после принятия христианства. Но образование фамилии нестандартное: в ней не суффикс -ин (который дал бы Ильин и Ильинова), а суффикс -енов, что сразу указывает на определённую модель происхождения. Такие фамилии обычно возникали не напрямую от имени, а от прозвища или отчества, уже усложнённого дополнительным суффиксом. Ильенов — значит «сын Ильи», но через промежуточную форму: сначала от Ильи образовали уменьшительное или патронимическое Ильеня (как Гриша — Гришеня, Петя — Петреня), а затем от этого Ильени — фамилию Ильенов. То есть предок носителя фамилии, скорее всего, звался в быту не Илья, а Ильеня — ласково или для отличия от других Ильичей в округе.

Географически фамилия Ильенов встречается в основном в центральной России и Поволжье, реже — на юге. По данным переписей и архивов, она не была дворянской: носители её — в основном крестьяне, однодворцы, ремесленники. В XIX веке Ильеновы записаны, например, в Тамбовской и Рязанской губерниях, что типично для фамилий на -енов, сформировавшихся в среде сельского населения. В церковных метриках такие фамилии фиксировали не сразу: сначала писали «Ильин», но в быту прозвище Ильеня приживалось крепче, и к концу XVIII века оно стало фамилией.

Стоит заметить, что фамилия Ильенова не имеет отношения к редкому или заимствованному корню — это чисто русская модель, но в ней отразилась живая народная речь. Если бы фамилия образовалась от полного имени через стандартный суффикс, мы бы имели Ильин, а Ильенов говорит о том, что в роду когда-то был человек, которого называли Ильеня — возможно, младшего сына Ильи или просто любимого внука. В ономастике такие формы называют «вторичными патронимами», и они ценны тем, что сохраняют неофициальные, домашние варианты имён, которые иначе канули бы в историю.