Фамилия Илёшин образована от имени или прозвища Илёша, а это, в свою очередь, — народная, разговорная форма крестильного имени Илья. Илья — русский аналог древнееврейского имени Элияху, что значит «Бог мой Яхве» или «крепость Господня». Такая модель — отчество от уменьшительной формы имени через суффикс -ин — одна из самых распространённых в русской ономастике. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей сын?» — Илёшин, то есть сын Илёши.

Интересная деталь: в отличие от привычного Илюша, форма Илёша встречается реже. Она могла возникнуть в северных и северо-восточных говорах, где в разговорной речи нередко смягчали согласные, произнося «Илёша» вместо «Илюша». Соответственно, фамилия Илёшин — это отчество, закреплённое в документах именно в той фонетической форме, которая бытовала в конкретной местности. Если бы предок звался Илюшей, его дети стали бы Илюшиными.

Версия о происхождении от прозвища Илёша (например, от слова «илец» — житель реки Илек или человек с Илецкой солеварни) маловероятна. Такие прозвища обычно давали по месту жительства, но тогда фамилия звучала бы как Илецкин или Илецкий. Гораздо правдоподобнее, что в основе лежит именно каноническое имя, преобразованное местным говором. Словарь Б. Унбегауна «Русские фамилии» подтверждает, что фамилии на -ин от уменьшительных форм имён — один из самых массовых пластов русского ономастикона.

Фамилия Илёшин — редкая. Она не попала в число дворянских фамилий и не упоминается в родословных книгах. Это значит, что её носители, скорее всего, происходили из крестьян или посадских людей. В архивных записях по переписям XVIII–XIX веков такую фамилию можно встретить в Вологодской, Архангельской и Вятской губерниях — как раз в тех регионах, где аканье и яканье в говорах были нехарактерны, а вот смягчение согласных — обычное дело.