Фамилия Ильменков образована от названия озера Ильмень. Связь с одним из крупнейших озёр Европейской России — Новгородским Ильменем — кажется очевидной, но это не единственная версия, и в ней есть важный нюанс.

В основе фамилии лежит не столько само озеро, сколько прозвище Ильмень, которое давали человеку. В говорах слово «ильмень» означало не только конкретное озеро, но и вообще небольшой заливной водоём, старицу, озерцо, поросшее камышом. Такие названия встречались не только под Новгородом, но и в Поволжье, на Урале, в Сибири. Поэтому Ильменем в разных регионах могли называть человека, жившего у такого водоёма, или же рыбака, промышлявшего на нём.

Суффикс -ов- указывает на типичную модель русских фамилий: Ильменков — буквально «сын Ильменка». А Ильменок — это уменьшительная форма от Ильмень. То есть фамилия пошла не напрямую от географического объекта, а от прозвища, которое сначала превратилось в имя Ильменок (как, скажем, Рыбак — в Рыбачок), а затем закрепилось с патронимическим суффиксом. Такая модель характерна для северных и центральных областей России.

В ономастике у фамилии Ильменков есть родственники — Ильменский, Ильменев, Ильменов. Но именно форма на -ков указывает на то, что предок носителя фамилии звался Ильменок, а не просто Ильмень. Это отличает фамилию от, например, Ильменского, где суффикс -ский чаще связывают с помещичьими или служилыми фамилиями, образованными от названия имения.

Сословная принадлежность Ильменковых, скорее всего, была крестьянской или мещанской. Фамилии с уменьшительным суффиксом -ок (а затем -ков) в массе своей возникали в среде простого народа, а не в дворянской среде, где предпочитали формы на -ский. Известных носителей этой фамилии, вошедших в энциклопедии, нет, что тоже говорит о её народном, не аристократическом происхождении.