Фамилия Ильиновы образована от имени Илья, которое в русской традиции стало одним из самых распространённых имён после Крещения Руси. Исходная форма — библейское имя Элиягу (Eliyahu), означающее «мой Бог — Господь», то есть «Бог мой — Бог истинный». В народном обиходе имя Илья давало множество производных и уменьшительных форм, одна из которых — Ильин — и легла в основу фамилии.

Здесь важна словообразовательная модель. Фамилия Ильинов — это не прямая патронимическая форма от Илья (как, например, Ильин), а вторичное образование. Суффикс -ов указывает на принадлежность, но в данном случае он добавлен к основе Ильин-, которая сама по себе уже была отчеством. Ильинов буквально означает «внук Ильи» или «потомок человека по имени Илья». Такие «двойные» патронимы (Ильин + ов) встречаются реже, чем простые формы, и характерны для северных и центральных областей России, где фамилии часто закреплялись в документах позже, через поколение.

Прозвищная или ремесленная версия маловероятна: корень в фамилии однозначно восходит к крестильному имени, а не к названию занятия. В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) подобные модели описываются как типичные для русских фамилий, образованных от имён через промежуточное отчество.

Говорить о точном времени возникновения фамилии Ильиновы сложно: процесс закрепления фамилий растянулся с XV по XVIII век. Можно лишь предположить, что фамилия оформилась не раньше, чем появилась форма Ильин, то есть не ранее XVI–XVII столетий. Встречается она преимущественно в записях по Поволжью и Приуралью — в переписных книгах и метриках XVIII–XIX веков можно найти крестьян и мещан с этой фамилией.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Ильиновы стоят в одном ряду с Ильиными, Ильичевыми и Ильюшиными, но отличаются более поздним и «вторичным» патронимом. Если Ильин — прямое отчество от Илья, то Ильинов — уже отчество от отчества, что фиксирует смену поколений и переход к наследственной фамилии.