Фамилия Ильменский — это прозвище, перешедшее в наследственное имя, и её происхождение напрямую связано с гидронимом Ильмень. Речь об озере в Новгородской области — том самом, что фигурирует в былинах о Садко и входило в легендарный путь «из варяг в греки». В озеро впадает около полусотни рек (Мста, Пола, Ловать, Шелонь и другие), а вытекает только Волхов. Так что человек, получивший прозвище Ильменский, скорее всего, родился или долго жил на берегах этого водоёма — типичная для русских фамилий модель «по месту жительства».

Сам топоним Ильмень старше славянского населения этих земель. Самая убедительная версия — финно-угорское происхождение: от *Ilmeri, что означало «небо» или «небесные силы». В пользу этого говорит и древнее название озера в новгородских летописях — Илмерь. Славянская народная этимология переосмыслила его как «ил» и «мень» (мелкий, илистый водоём), но лингвисты считают это вторичным.

Менее надёжны, но любопытны другие версии. Например, «Сказание о Словене и Русе» связывает название с сестрой легендарных князей — Илмерой. Есть гипотеза о связи с племенем меря, жившим по соседству, или с литовским limen («залив»). Отдельного упоминания заслуживает карта Радзивилла 1613 года: на ней Каркинитский залив Чёрного моря (между Крымом и Кинбурнской косой) подписан как «Ильмень Озеро» с пояснением, что так его называют запорожские казаки. Это показывает, что слово «ильмень» в русских говорах стало нарицательным для мелководных заливов и озёр, а значит, фамилия Ильменский могла возникнуть и в южных регионах — независимо от новгородского озера.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ск- указывает на принадлежность к месту или территории. Первоначально такие фамилии закреплялись за дворянством и духовенством, но со временем распространились и среди других сословий. Ильменский — фамилия редкая, и её носители, скорее всего, ведут род из Новгородской губернии или с юга России, где «ильменями» называли пойменные озёра.