Фамилия Илюченко — типичный образец украинской модели фамилий на -енко, самой распространённой в этой ономастике. Суффикс -енко исторически означал «сын» или «потомок» (ср. с польским -ович, белорусским -ёнок). Так что Илюченко — это буквально «сын Илючи». Если бы фамилия закрепилась у русских, она скорее получила бы суффикс -ов или -ин (Илюшин или Ильин), но украинская языковая среда переработала имя по своей модели.

В основе лежит имя Илюча — уменьшительно-ласкательная форма от канонического Илья. Само имя Илья восходит к древнееврейскому Eliyahu («Элияху»), что означает «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Яхве». На Русь имя пришло вместе с христианством и быстро стало одним из самых любимых — во многом благодаря образу Ильи-пророка. В народном сознании Илья-пророк был не просто святым, а грозным распорядителем стихий: он повелевал громом, молниями и дождём, от него зависел урожай. Поэтому имя Илья и его производные (вроде Илюча) встречались повсеместно, особенно в крестьянской среде.

Фамилия Илюченко — отчество в чистом виде. Её носителем был человек, которого в документах записывали как «Илюченко» — то есть как сына некоего Илючи. Со временем это прозвание закрепилось за его детьми и внуками, превратившись в наследственную фамилию. Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным регионам Украины, а также к югу России, где исторически была высока доля украинского населения. Встречаются и варианты написания: Ильюченко (под влиянием литературного «Илья»), но форма Илюченко — более народная, отражающая живое произношение.