Фамилия Илюшеновы — одна из тех, что образована от производной формы крестильного имени Илья. В основе лежит уменьшительно-ласкательное Илюша, которое в старину было обычным домашним именем. Полное церковное имя Илья — древнееврейского происхождения, его смысл передают как «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Бог истинный». Имя это пришло на Русь вместе с христианством и быстро стало одним из самых популярных, дав начало десяткам фамилий: Ильин, Илюхин, Илюшин, Илюшечкин и, конечно, Илюшенов.

Суффикс -енов в этой фамилии встречается реже, чем привычные -ов или -ин. В русской ономастике формант -ен(ов) обычно указывает на основу на мягкий согласный или на форму с суффиксом -ен(я): Илюша → Илюшеня (сравните: Мишеня, Пашеня). В таком случае Илюшенов — это буквально «сын Илюшени», то есть потомок человека, которого в быту звали Илюшеней. Со временем конечное -я отпало, и фамилия закрепилась в привычном виде Илюшенов.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южнорусским областям, но встречается и за пределами России. В дореволюционных источниках Илюшеновы упоминаются среди крестьян и мещан, например, в документах Воронежской и Курской губерний. Встречаются и варианты написания — Илюшенов и Илюшинов, хотя второй вариант менее распространён.

В отличие от многих фамилий на -ов, которые образованы от полного церковного имени (Ильин), Илюшенов — пример народной, разговорной традиции именования. Такие фамилии ценились в среде простых людей: они были короче, теплее по звучанию и часто передавали не формальное имя, а то, как человека звали в семье или деревне. Поэтому Илюшеновы — это не просто носители фамилии от Ильи, а потомки тех, кого в быту ласково называли Илюшами или Илюшенями.