Фамилия Ильмущева — женская форма фамилии Ильмущев, и её происхождение неочевидно на первый взгляд. Основа «Ильмущ-» не встречается в современных русских словарях, но её структура указывает на тюркское или смешанное русско-тюркское происхождение. Скорее всего, в основе лежит тюркское личное имя или прозвище, образованное от корня «иль» (страна, народ, родина) и второго компонента «мущ» или «мус» — возможно, искажённого «муса» (Моисей) или «муж» в значении «человек». Наиболее правдоподобная версия: Ильмущ — это вариант имени Ильмуса, где «иль» означает «народ», а «мус» — «защитник» (ср. татарское Ильмуса — «защитник народа»). В таком случае фамилия Ильмущев — это патроним, то есть «сын Ильмуща» или «потомок Ильмущи».

Модель образования фамилии — типичный русский суффикс -ев, который присоединялся к основам, оканчивающимся на шипящий или мягкий согласный. Здесь основа заканчивается на «щ», поэтому пишется -ев, а не -ов. Это указывает на то, что носитель фамилии — русский или обрусевший человек, возможно, из регионов с сильным татарским или башкирским влиянием: Поволжье, Урал, Западная Сибирь. Фамилия редкая, в дореволюционных списках почти не встречается, что говорит о её позднем закреплении — скорее всего, в XIX веке, когда крестьянам и мещанам массово давали фамилии по имени отца.

Есть и менее вероятная версия: связь с диалектным русским словом «ильмущ» — так в некоторых говорах могли называть человека, занимающегося илом или глиной (от «иль» — ил). Но это предположение слабое, так как суффикс -ущ в русских прозвищах редок и обычно указывает на действие (например, «крикун»), а не на материал. Поэтому тюркская версия остаётся основной. Социально носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами, не из дворян — дворянские фамилии редко образовывались от тюркских имён без документальной фиксации.