Фамилию Ильюшенков образовали от разговорной формы крестильного имени Илья — Ильюша. Имя Илья — русский вариант древнееврейского Элияху, что означает «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Бог истинный». Но чтобы понять, как именно сложилась эта фамилия и где её корни, нужно приглядеться к суффиксу.

В основе лежит уменьшительное Ильюша — так в быту могли называть мальчика или мужчину по имени Илья. Однако суффикс -енк-, который мы видим в середине фамилии, — характерная примета восточноукраинских и белорусских фамилий. На этих землях модель «Ильюшенко» была обычной: она означала «потомок Ильюши» или «маленький Ильюша». А вот конечное -ов — это уже русская адаптация. Когда носитель фамилии Ильюшенко оказывался в великорусских губерниях или попадал в официальные документы, окончание могли переделать на русский лад, добавив -ов. Так появился Ильюшенков — своеобразный гибрид украинской основы и русского патронимического суффикса.

Иными словами, фамилия прошла два этапа: сначала на украинских или белорусских землях закрепилась форма Ильюшенко («сын Ильюши»), а затем, при переходе в русскую среду, её «обрусили» по образцу фамилий на -ов. Это редкий случай, когда в одной фамилии соединились две разные ономастические традиции.