Фамилия Ильинова — это вариант фамилии Ильинов, женская форма, которая образовалась по той же модели, что и большинство русских фамилий. В основе лежит крестильное имя Илья, древнееврейского происхождения, означающее «мой бог Яхве» или «господь мой — Бог». Имя это пришло на Русь вместе с христианством и было одним из самых распространённых, поэтому и фамилий от него образовалось много: Ильин, Ильичев, Ильюшин и другие.

Модель образования здесь нестандартная. Фамилия Ильинова, скорее всего, является отчеством второго порядка: Ильинов — это сын Ильина и внук Ильи. То есть сначала от имени Илья появилась фамилия Ильин (чей? — Ильин сын), а затем от неё, по той же логике, образовалась фамилия Ильинов (чей? — Ильинова сын). Такая цепочка — редкий случай, когда фамилия не от имени, а от другой фамилии или отчества. Это указывает на то, что основатель рода был человеком из простого сословия: в крестьянской и мещанской среде такие «двойные» отчества встречались чаще, чем среди дворянства.

В исторических источниках фамилия Ильинов (и, соответственно, Ильинова) фиксируется с XIX века. В Книге памяти Астраханской области упоминаются Александр Федотович Ильинов (1878 года рождения) и Алексей Никитович Ильинов (1914 года рождения). В Книге памяти Свердловской области записан Алексей Евсеевич Ильинов, родившийся в 1900 году в селе Лебедянка Добринского района Воронежской области. Эти записи подтверждают, что фамилия бытовала в разных регионах России — от южных (Астрахань) до уральских и воронежских земель.