Фамилия Илюпова в своей основе содержит редкое для русских фамилий окончание -пова, что сразу выбивает её из ряда типичных образований на -ов/-ев или -ин. Скорее всего, это женская форма фамилии Илюпов, а мужской вариант — Илюпов. Словообразовательная модель здесь простая: суффикс -ов присоединён к основе, которая, вероятно, восходит к личному имени или прозвищу.

Самая вероятная версия происхождения — от имени Илюп. Это могла быть народная, диалектная форма крестильного имени Илья (от древнееврейского «Яхве — мой Бог»). В русских говорах имя Илья часто видоизменялось: встречаются варианты Илюха, Илюша, Илюня, а также Илюп — через перестановку или замену звуков. Например, в северных и сибирских говорах фиксировались формы вроде Илюпка, что подтверждает жизнеспособность такой основы. Таким образом, предок носителя фамилии Илюпов мог быть просто Ильёй, которого в быту звали Илюп.

Менее распространённая, но возможная версия — прозвищное происхождение. В некоторых диалектах слово «илюп» могло означать что-то вроде «простак» или «разиня» (сравните с «илюха» — нерасторопный человек). Однако такая гипотеза слабая: она не подкреплена устойчивой лексикографической фиксацией, и фамилия почти наверняка имеет именную, а не прозвищную природу.

Географически фамилия Илюпова встречается редко. Основные очаги — Поволжье и Урал, где исторически были сильны диалектные формы имён. В метрических книгах XIX века можно найти записи об Илюповых в Вятской и Пермской губерниях. Сословно предки, скорее всего, были крестьянами или мещанами, так как фамилии на -ов от народных форм имён типичны именно для непривилегированных слоёв.

С точки зрения ономастики, фамилия Илюпов — яркий пример того, как церковное имя в народной среде обрастало неожиданными вариантами. Если сравнивать её с однокоренными, то Илюпов стоит в ряду с Илюшиным, Илюхиным, Илюниным, но отличается редкостью суффиксальной модели. Встретить такую фамилию сегодня — большая удача для исследователя: она хранит след живой, не книжной речи предков.