Фамилия Ильюха — один из тех случаев, когда народная форма имени прочно закрепилась в качестве родового прозвища. В основе лежит просторечная версия крестильного имени Илья — Ильюха. Такие «усечённые» или «ласкательные» формы на -юха были очень распространены в русской деревне: рядом с Ильюхой можно встретить Андрюху, Матюху или Петюху. Суффикс -юх- здесь не столько уменьшительный, сколько обиходный, «свойский» — так называли человека в быту, в кругу семьи или соседей.

По модели образования фамилия относится к типу «бессуффиксных» или «усечённых»: она не получила стандартного патронимического суффикса -ов или -ин, а осталась в форме чистого прозвища. Это характерно для западнорусских и украинских земель, а также для казачьих областей, где фамилии часто фиксировались в виде «голого» имени или прозвища. В документах XVII–XVIII веков можно встретить запись «Ильюха» как личное имя, а затем и как прозвище главы семьи, которое перешло к детям.

Ономасты, в частности Б. Унбегаун, относят такие фамилии к группе «полуотчеств» — они стоят на грани между личным именем и фамилией. Если бы родоначальника звали Илья, то его сын мог получить фамилию Ильин, но если отца в быту звали Ильюха, то потомки так и остались Ильюхами. В некоторых случаях фамилия могла закрепиться за человеком, который сам носил прозвище Ильюха — например, за бойким, простоватым или, наоборот, очень похожим на библейского пророка Илью крестьянином.

Географически фамилия встречается в основном на юге России, в Белгородской, Воронежской, Ростовской областях, а также на Украине. Встречается и вариант Илюха (с одной буквой «л»), но написание через «ь» — Ильюха — точнее передаёт произношение и связь с исходным именем. Сословно носители фамилии — почти всегда крестьяне или однодворцы, реже — казаки. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано: слишком «простонародной» была её основа.