Фамилия Ильющенковы звучит как типично русская, но её словообразовательная цепочка выдает южнорусские или белорусские корни. В основе лежит каноническое имя Илья, которое через народную форму Ильюша дало прозвище или полуимя. Суффикс -енк- указывает на восточноукраинское или белорусское происхождение: в этих землях патронимы на -енко были распространены повсеместно, а на севере и в центре России чаще использовали суффикс -евич. Когда носитель такой фамилии переселялся в великорусские губернии, к ней могли добавить типичный русский суффикс -ов, закрепив форму Ильющенков.

Чередование ш/щ в корне — не ошибка письма, а закономерный фонетический процесс. В украинском и белорусском языках звук [ш] перед некоторыми суффиксами переходит в [щ], поэтому Ильюша превращается в Ильющенко. Такое чередование встречается, например, в фамилиях Тищенко (от Тишка) или Прощенко (от Прошка). Имя Илья восходит к библейскому Элияху, что значит «мой Бог — Господь», но для фамилии важна не столько сакральная семантика, сколько бытовая популярность имени: Илья было одним из самых частых крестильных имён у славян, поэтому производных фамилий от него десятки — от простого Ильин до редкого Ильющенков.

Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины. В переписях XIX века Ильющенковы встречаются в Курской, Воронежской и Харьковской губерниях — как раз на стыке украинского и русского населения. О точном времени возникновения говорить сложно, но модель на -енко активно формировалась в XVI–XVII веках, когда казацкая старшина и крестьяне получали фамилии по отцу. Таким образом, Ильющенковы — это потомки человека по имени Ильюша, которые сохранили в фамилии след диалектного произношения и региональной модели имяобразования.