Фамилия Ильюхины образована от имени Ильюха — просторечной, обиходной формы крестильного имени Илья. В русской традиции такие формы (Петруха, Мишуха, Ванюха) были распространены в повседневной речи: полное имя использовали в церкви и документах, а в семье и среди соседей человека звали Ильюхой. От этого прозвища и пошла фамилия: «чей сын?» — Ильюхин, то есть потомок Ильюхи.

Имя Илья — русская форма древнееврейского Элияху, которое толкуют как «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Бог истинный». В христианстве это имя известно благодаря пророку Илии, одному из самых почитаемых ветхозаветных святых. На Руси имя Илья было очень популярно, и фамилии от его производных (Ильин, Ильюшин, Ильюхин) встречаются повсеместно. Но Ильюхины — случай несколько более редкий, чем, скажем, Ильины, и это говорит о том, что фамилия закрепилась в конкретной местности, где форма Ильюха была привычной.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русского севера и центра: суффикс -ин указывает на принадлежность. В документах XVI–XVII веков крестьяне и посадские люди часто записывались по отчеству в такой форме: Ильюхин сын, а со временем это стало фамилией. Точное место возникновения фамилии сейчас установить трудно: процесс шёл столетиями, и одна и та же фамилия могла независимо появиться в разных уездах. Но если искать региональную привязку, то стоит обратить внимание на Вологодчину и северные районы — в тамошних писцовых книгах фамилии на -их/-ых встречаются чаще, и Ильюхины там не редкость.

В отличие от фамилий на -ов/-ев (Ильин — от Илья, а не от Ильюха), Ильюхин сохраняет более «домашний», неофициальный оттенок в основе. Это не делает её менее почётной: такие фамилии — живое свидетельство того, как в быту называли предка, и они ценны именно своей разговорной, народной природой.