Фамилия Ильиченко — типичный пример украинской фамилии, образованной от полной формы крестильного имени. В её основе лежит имя Илья — русская форма древнееврейского имени Элияху, что означает «мой Бог — Яхве» или «Бог мой — Господь». В православной традиции это имя связано с пророком Илией, одним из самых почитаемых ветхозаветных святых.

Модель образования здесь прозрачна: к основе Ильич- (от отчества Ильич) добавили украинский суффикс -енко. В украинской ономастике суффикс -енко — самый распространённый патронимический показатель. Он буквально означает «маленький», «сын» или «потомок». Соответственно, Ильиченко — это «сын Ильича», то есть внук или потомок человека по имени Илья. Фамилии на -енко массово закрепились в XVI–XVII веках на территории современной Украины, особенно на Левобережье и Слобожанщине.

Стоит обратить внимание на написание. В отличие от более частых вариантов Ильченко или Ильищенко, здесь сохраняется полная основа с буквой «и» перед суффиксом: Ильич-енко. Это указывает на то, что фамилия зафиксирована в документах в той форме, которая максимально близка к исходному отчеству. Встречаются также варианты Ильиченков (русифицированная форма) и Ильичёнко (с ударением на последний слог, что характерно для некоторых говоров).

Географически фамилия Ильиченко чаще всего встречается в восточных и центральных областях Украины — Харьковской, Полтавской, Черкасской, а также в приграничных регионах России. В списках казацкой старшины и реестрового казачества XVII века подобные фамилии не редкость: предки современных носителей могли быть казаками, крестьянами или мещанами. Сословная принадлежность по одной фамилии не определяется — в одинаковой мере Ильиченко мог быть и сыном сельского священника, и сыном ремесленника.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Ильченко — самый частый вариант, он короче и «обкатан» языком. Ильиченко же звучит более архаично и книжно, сохраняя след полного отчества. В русском языке фамилии на -енко обычно не склоняются (к Ильиченко, с Ильиченко), что соответствует норме для фамилий украинского происхождения.