Фамилия Илюсенова — женская форма мужской фамилии Илюсенов, и её разбор сразу уводит в сторону от привычных русских моделей. В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев, образованных от полных форм крестильных имён (Иванов, Петров), здесь мы видим суффикс -енов, который в русской ономастике встречается редко и почти всегда указывает на нерусское, чаще всего тюркское происхождение.

Основа фамилии — имя Илюсен. Это форма, адаптированная из тюркского имени Ильяс (арабского происхождения, библейский Илия), с характерным для тюркских языков суффиксом принадлежности или уменьшительности -сен. То есть Илюсен — это «Ильяс, принадлежащий роду» или ласкательная форма. Фамилия Илюсенов буквально означает «потомок Илюсена», а Илюсен, в свою очередь, — «сын (или человек) Ильяса». В русской среде такое имя записывали на слух, поэтому возможны варианты Илюсин, Илесенов, но Илюсенов — наиболее точная фиксация тюркского звучания.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью, Уралу и Западной Сибири — регионам, где веками жили татары, башкиры, казахи, и где русские писцы фиксировали местные имена по-своему. В метрических книгах XIX века такая фамилия встречается среди крещёных татар и мещеряков, реже — у русских, перенявших имя через соседство. Сословно предки носителя, скорее всего, были государственными или экономическими крестьянами, а не дворянами: фамилии на -енов не характерны для высшего сословия.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Илюсенов стоит в ряду таких же редких образований, как Абдулсенов, Хасенов, Мустафенов. Все они — результат столкновения тюркской антропонимики с русской патронимической системой. Если бы фамилия была чисто русской, мы бы увидели Илюсин или Ильин, но суффикс -енов выдаёт именно ту среду, где имя передавали не по отцу, а по родовому прозвищу.

Таким образом, фамилия Илюсенова — это не просто указание на предка по имени, а маркер этнокультурного пограничья, где тюркское имя получило русское оформление, сохранив при этом свою внутреннюю форму. Носитель этой фамилии может с высокой вероятностью искать корни в татарской или башкирской среде, особенно в районах бывшей Казанской или Уфимской губерний.