Фамилия Ильмухина — женская форма, мужской вариант — Ильмухин. Это редкая фамилия, которая сразу обращает на себя внимание необычным звучанием. В ней слышны иноязычные корни, и разбор подтверждает это: перед нами пример того, как тюркское имя или прозвище приспособилось к русской модели фамилий.

Основа фамилии — личное имя Ильмуха. Оно образовано от двух тюркских корней: «иль» (il) — «родина, страна, народ» и «муха» (muhə) — «печать». В буквальном смысле «ильмуха» означает «печать народа» или «печать страны». Это имя-пожелание, которое давали мальчику, чтобы он стал заметным, важным человеком для своего народа, своего рода «отмеченным печатью». В татарском и башкирском именослове встречаются близкие по структуре имена: Ильдар (властитель страны), Ильназ (нежность народа), Ильмир (мир народа). Ильмуха стоит в том же ряду.

Русский суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей сын?» — Ильмухин, то есть сын Ильмухи. Такая модель типична для фамилий, образованных от имён, оканчивающихся на -а или -я (как Пушкин, Гагарин). Географически фамилия Ильмухин (и Ильмухина) тяготеет к регионам Поволжья и Урала — территориям, где веками жили татары, башкиры, чуваши и русские. Встречается она в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Это типичная фамилия русской или крещёной татарской семьи, где предок носил тюркское имя, а потомки обрусели.

Интересно, что фамилия избежала типичного для тюркских имён суффикса -ов (как Ильмухов). Вероятно, имя Ильмуха в бытовой речи звучало именно с конечным «а», поэтому закрепилась форма на -ин. Это делает фамилию более узнаваемой и редкой. Прозвище могло быть и не именем: в некоторых говорах «ильмуха» — местное название растения или насекомого, но основная и самая надёжная версия — антропонимическая, от личного имени.