Фамилия Илльин — редкий вариант более привычной Ильин. Разница в написании, на первый взгляд, незначительная, но именно она указывает на возможную нерусскую или, точнее, невеликорусскую ветвь рода. В русской ономастике двойное «л» в корне Илл- — явный маркер западного влияния, чаще всего польского или украинского. В польском языке имя Илья передаётся как Eliasz, но при адаптации в русскую письменность через малороссийские земли (современная Украина) или через католическую традицию могла возникнуть форма Илль, с удвоенной согласной, чтобы передать твёрдость произношения или просто как графическая калька.

Основа фамилии — каноническое крестильное имя Илья, которое восходит к древнееврейскому Элияху (Элиягу), означающему «мой Бог — Яхве» или «крепость Господня». Фамилии на -ин в русском языке образуются от основ, оканчивающихся на -а/-я: Илья → Ильин, а значит, и Илльин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «сын Ильи» или «человек из семьи Ильи». Удвоенное «л» не меняет этого значения, но смещает акцент с географии бытования: если обычный Ильин — одна из самых распространённых русских фамилий (входит в первую сотню), то Илльин — штучный, локальный вариант, встречающийся в основном в западных губерниях Российской империи, а также у потомков эмигрантов, где написание фиксировали по польским или немецким документам.

Словообразовательно фамилия Илльин ничем не примечательна — это типичная патронимическая модель. Но её уникальность именно в орфографической аномалии. В дореволюционных метрических книгах можно встретить оба написания даже в одной семье: Ильин и Илльин. Это говорит о том, что двойное «л» могло быть результатом канцелярской ошибки или сознательного подчёркивания особого произношения (с твёрдым, «западным» звучанием). В сословном плане предки Илльиных скорее всего были крестьянами или мещанами, реже — духовенством, так как имя Илья было чрезвычайно популярно в народной среде. Дворянские роды Ильиных обычно писались с одним «л», поэтому вариант с двумя — маркер простонародного или провинциального происхождения.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Илльин стоит в одном ряду с такими редкими формами, как Ильяш, Илькевич, Ильюк, Ильченко, но отличается именно своей «буквальной» природой: это не суффиксальное видоизменение, а чисто графическое. В современной России фамилия Илльин встречается крайне редко, по данным переписей — не более нескольких сотен носителей, сосредоточенных в основном в Калининградской области, на северо-западе и в Москве. Это не делает её «неправильной» или искусственной — просто её история тесно связана с подвижными границами и смешением письменных традиций.