Фамилия Ильюшенкова образована от мужского варианта Ильюшенков и принадлежит к распространённому типу русских фамилий на -ов/-ев. В основе лежит имя Ильюша — уменьшительная форма канонического крестильного имени Илья (древнееврейское Элияху — «мой Бог — Яхве»). Суффикс -енк- в данном случае — не украинский уменьшительный, а русский патронимический, характерный для северных и центральных областей России (ср. Ивашенков, Мишенков). Фамилия фиксируется в основном в Смоленской, Тверской и Псковской губерниях, что подтверждает её происхождение от прозвищной или именной формы с суффиксом -енк-, который в этих местах использовали для обозначения потомка: Ильюшенко — «сын Ильюши», а суффикс -ов добавился уже при оформлении фамилии в официальных документах XIX века.

Интересная деталь: в отличие от более частых Ильиных (от полной формы Илья) или Ильюшкиных (от уничижительной), Ильюшенковы сохранили в основе ласкательный вариант имени. Это может указывать на то, что родоначальника в семье называли именно Ильюшей — не официально, а по-домашнему. В говорах слово «ильюша» иногда закреплялось как прозвище за человеком с мягким, покладистым характером, но скорее всего, здесь просто именная основа без дополнительного смысла.

Словообразовательная модель проста: Ильюша (основа) + -енк- (суффикс принадлежности) + -ов (фамильный суффикс) + -а (женское окончание). Мужской вариант Ильюшенков склоняется как обычное притяжательное прилагательное, женский — как существительное первого склонения. Ономасты (в частности, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») относят такие формы к «полуотчествам», которые возникли на стыке народной и канцелярской традиции: в переписях крестьянина могли записать «Иван Ильюшенков», то есть «Иван, сын Ильюши», а затем это закрепилось как наследственная фамилия.

По сословной принадлежности Ильюшенковы — почти наверняка крестьяне или мещане. В дворянских родословных книгах фамилия не встречается, а в ревизских сказках XIX века носители живут в деревнях и сёлах. Если искать однокоренные варианты, то ближайшие — Ильюшечкин, Ильюшин, Ильюшенко (украинская форма). При этом Ильюшенкова — не самая редкая, но и не массовая фамилия: по данным современных телефонных справочников, её концентрация заметна в Смоленской области и на юге Псковщины, что совпадает с историческим ареалом суффикса -енк- в русских фамилиях.