Фамилия Илышев — одна из тех, что хранит в себе редкое имя, почти исчезнувшее из живого обихода. В её основе лежит некалендарное, то есть нецерковное, мужское имя Илыш. Это имя — производная форма от более древнего Иля, которое, в свою очередь, является сокращением от крестильного имени Илья (древнееврейского происхождения, означающего «крепость Господня»). Таким образом, Илыш — это ласкательное, обиходное прозвище для человека, которого в семье звали Ильёй. Подобные уменьшительные имена на -ыш (как Малыш, Голыш, Дурныш) были распространены в русской деревне и часто становились основой для фамилий, закрепляя за человеком его домашнее, «уличное» прозвище.

Модель образования фамилии типична для русского севера и северо-востока. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Илышев буквально означает «сын Илыша» или «человек из рода Илыша». Если бы имя оканчивалось на твёрдый согласный, мы бы получили фамилию Илышов, но мягкий звук «ш» в конце основы дал именно вариант с -ев. Такая деталь — верный признак того, что фамилия сложилась в живой народной речи, а не в канцелярии.

Географически фамилия Илышев почти наверняка привязана к Вятке и прилегающим территориям. В старых переписях Вятской губернии (особенно в Слободском и Глазовском уездах) встречаются носители этой фамилии, и именно там имя Илыш фиксируется как самостоятельное. Вятка славилась своей приверженностью к старым, порой архаичным, формам имён, которые в центральных губерниях уже вышли из употребления. Поэтому предки современных Илышевых, скорее всего, были не дворянами, а государственными или экономическими крестьянами, жившими на севере России.

Споров о происхождении основы практически нет. Редкая, но не уникальная версия, связывающая фамилию с тюркским словом «илыш» (например, «песчаный»), не выдерживает критики: она не объясняет ни суффикса -ев, ни традиционного русского ареала бытования фамилии. Куда правдоподобнее, что Илышевы — это потомки какого-то Илыша, которого в деревне звали ласково по имени, и это прозвище пережило своего носителя на несколько столетий.