Фамилия Илларионенков — один из тех любопытных случаев, когда в одном слове смешались две разных модели образования русских фамилий, что сразу бросается в глаза. Основа здесь — крестильное имя Илларион (греч. hilaros — «весёлый, радостный»), но вот суффиксы указывают на разное происхождение. Первая часть, Илларионенк-, содержит украинский или белорусский патронимический суффикс -енко, который означает «сын Иллариона» или «потомок Иллариона». А окончание -ов — это уже чисто русский суффикс принадлежности, который «пришили» к украинской основе, когда носитель фамилии перебрался в великорусские земли. Так что Илларионенков — это «обрусевший» украинский патроним, что-то вроде «внук того, кого звали Илларионенко».

Такая двойная суффиксация встречается нечасто. Обычно фамилии на -енко так и остаются в своей форме (например, Илларионенко), но в северных и центральных губерниях России могли «подгонять» их под местную норму, добавляя -ов. Это значит, что предок носителя фамилии, скорее всего, был выходцем с территории современной Украины или юга России (Черниговщина, Полтавщина, Слобожанщина) и переселился в русские области, где его фамилию адаптировали на письме. Впрочем, нельзя исключать и обратный процесс: фамилию могли образовать от прозвища Илларионенок — так в некоторых говорах называли младшего сына или внука в семье Илларионовых, а потом к прозвищу добавили -ов для большей «фамильной» формы.

Само имя Илларион в народе часто переделывали в Ларион, поэтому в документах XVII–XVIII веков встречаются варианты Ларионенков, Ларионенко. Но форма с двойным «л» (Илларионенков) — более книжная, церковная, она могла закрепиться в среде духовенства или купечества, где следили за правильным написанием имени. В крестьянской среде фамилия, скорее всего, звучала проще: Ларионенков или даже Ларионков, так что современный вариант с «Илларионенков» — результат поздней фиксации в паспортах, когда чиновники сверялись с метриками.

Географически фамилия редкая. По данным переписей, её носители встречаются в основном в центральной России (Тульская, Рязанская, Московская области) и изредка на юге — в Ростовской области и Краснодарском крае. Это подтверждает версию о миграции: предки пришли с Украины или южных губерний, а потом осели в средней полосе. Сословная принадлежность, судя по всему, была крестьянской или мещанской — духовенство предпочитало более «церковные» формы вроде Илларионовского или Илларионова, а дворянство обходилось без суффикса -енко.