Фамилия Иллющенко — характерный пример восточнославянской модели образования на -енко. Суффикс -енко (в белорусском и украинском вариантах часто -энко) в XVII–XVIII веках стал главным маркером украинской фамильной системы, особенно в левобережных и слобожанских землях. Первоначально он указывал на сына или потомка человека, названного в основе: Иллющенко — буквально «сын Иллюхи».

Основа фамилии — разговорная форма Иллюха от канонического имени Илья. В народной среде имя Илья давало множество производных: Илюха, Илюша, Ильюха, Иллюха (с утраиванием «л», что фиксирует украинское произношение с мягким «ль»). Удвоенная «л» в написании — не ошибка, а отражение живой речи: в украинском языке мягкий звук [л'] перед [у] часто передаётся через «лль» или «лл» в русской транскрипции. Поэтому фамилия Иллющенко фонетически точнее, чем, скажем, Илющенко, хотя оба варианта встречаются.

Имя Илья восходит к древнееврейскому Элияху — «мой Бог — Яхве». В христианской традиции пророк Илия был одним из самых почитаемых святых, особенно у восточных славян. Его день (2 августа) называли Ильин день, и имя было распространено повсеместно. Соответственно, фамилии от Ильи — одни из самых частых: Ильин, Ильюшин, Ильченко, Ильющенко, Ильиных. Иллющенко стоит в этом ряду, но с чёткой региональной привязкой к украинскому ареалу.

Вероятные предки носителя фамилии — крестьяне или казаки из центральной Украины (Полтавщина, Черниговщина, Киевщина) или Слобожанщины (современные Харьковская, Сумская области). Фамилии на -енко там закрепились как наследственные прозвища уже в XVI–XVII веках, а Илья в качестве личного имени был настолько обычен, что не даёт оснований для каких-то сословных выводов — его носили и селяне, и мещане, и духовенство.

Встречаются варианты написания: Илющенко (с одной «л»), Ильющенко (с «ь»), Ильющенко (с «ё»). Все они — результат разной передачи украинского произношения в русских документах. Фамилия не очень редкая, но и не массовая — по данным современных телефонных справочников, Иллющенко чаще всего фиксируется в Киевской, Черкасской и Днепропетровской областях Украины, а также среди потомков украинских переселенцев в Краснодарском крае и на Дальнем Востоке.