Фамилия Ильнов на первый взгляд кажется простой, но её происхождение упирается в редкий словообразовательный нюанс. Большинство русских фамилий на -ов образованы от основ, оканчивающихся на согласный, а на -ин — от основ на -а/-я. Здесь же мы видим суффикс -ов, присоединённый к основе «Ильн-». Это говорит о том, что в основе лежит слово, которое в именительном падеже звучало как «Ильно» или «Ильна» (мужского рода), либо имело усечённую форму.

Самая вероятная версия — происхождение от просторечной или диалектной формы имени Илья. В русских говорах имя Илья нередко приобретало суффиксы пренебрежительности или ласкательности: Ильня, Ильно, Ильна. От такой формы и возникло притяжательное прилагательное «Ильнов сын», то есть сын человека по прозвищу Ильно. Фамилия в этом случае означает «принадлежащий Ильне» и является аналогом более распространённых Ильин или Ильюшин, но с другой морфологической историей.

Вторая, менее очевидная гипотеза связывает фамилию с названием растения — лён. В старых говорах существовало слово «ильня» (или «ильна») — так называли место, где мяли или трепали лён, либо просто заросли льна. Человек, живший у такого места или занимавшийся обработкой льна, мог получить прозвище Ильно или Ильна. Однако эта версия слабее: переход от «льна» к «ильну» требовал бы устойчивого диалектного иканья и перестановки звуков, что встречается редко.

Суффикс -ов здесь не типичен для фамилий от имён на -а, что делает Ильновых скорее исключением. В сословном плане фамилия не даёт прямых указаний на дворянство или духовенство — скорее всего, это крестьянская или мещанская фамилия, возникшая в северных или центральных губерниях России, где имя Илья было особенно популярно. Встречается она нечасто, что подтверждает её локальный и, вероятно, поздний характер.