Фамилия Ильюшечкин образована от имени Ильюшечка — ласковой производной формы канонического имени Илья. Имя Илья пришло на Русь из древнееврейского языка, где Элияху означает «мой Бог — Яхве», то есть «Господь мой — Бог». В народной среде имя быстро обросло уменьшительными вариантами: Илюша, Илюха, Ильюша, Ильюшечка. Последняя форма, с суффиксом -ечк-, характерна для южнорусских и западнорусских говоров, где такие ласкательные суффиксы были особенно активны.

Модель фамилии типична для русской ономастики: суффикс -ин присоединялся к основе, оканчивающейся на -а/-я, и указывал на принадлежность: «чей?» — Ильюшечкин, то есть сын Ильюшечки. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от полных или неласкательных форм (Ильин, Ильюшин), вариант Ильюшечкин — более редкий, сохранивший в основе именно домашнее, семейное прозвище.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России, где уменьшительные формы на -ечка были в ходу. Встречаемость невысокая — это не массовая фамилия, что говорит о её происхождении от конкретного прозвища в одной или нескольких крестьянских семьях. Предок носителя фамилии, скорее всего, был простым человеком, которого в быту называли ласково — Ильюшечка, и это прозвище закрепилось за его потомками как родовое имя.

Других версий происхождения, например от прозвища по ремеслу или внешности, для этой фамилии нет — основа однозначно именная.