Фамилия Илюшечкин образована от уменьшительно-ласкательной формы имени Илья — Илюшечка. Это типичный пример русской фамилии, построенной по модели «имя + суффикс -ин»: сначала от имени Илюшечка образовали притяжательное прилагательное («чей?» — Илюшечкин сын), а затем оно закрепилось как фамильное прозвание. Суффикс -ин в таких фамилиях указывает на принадлежность к конкретному человеку — родоначальнику, которого в быту звали Илюшечкой.

Само имя Илья восходит к библейскому Элия́ху (אליהו), что в переводе с древнееврейского означает «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Бог истинный». На Руси имя стало широко известным благодаря Илье-пророку — ветхозаветному чудотворцу и обличителю идолопоклонства, чей день памяти (2 августа) в народной традиции связывали с началом осени и грозовыми дождями. Популярность этого имени среди крестьян и горожан привела к появлению множества производных форм: Илюша, Илюха, Илюня, Илюшечка. Каждая из них могла стать основой для фамилии — так появились Илюшины, Илюхины, Илюнины и, в том числе, Илюшечкины.

Фамилия Илюшечкин встречается в основном в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской и Костромской губерниях, где имя Илья было особенно распространено среди крестьянского населения. О точном времени возникновения фамилии судить сложно: процесс закрепления фамильных прозваний растянулся на несколько столетий, и в разных семьях Илюшечкины могли появиться независимо друг от друга в XVII–XIX веках. Тем не менее, сама словообразовательная модель — с редким суффиксом -ечк- в основе — выдает фамилию как более позднюю по сравнению с простыми формами вроде Ильин или Илюшин: она возникла тогда, когда в обиход вошли ласкательные варианты имен с этим суффиксом.