Фамилия Илюшевы пошла от имени Илюш — народной, разговорной формы крестильного имени Илья. В основе лежит древнееврейское имя Элияху, означающее «Господь мой — Бог». Фамилии на -ев образовывались по принципу «чей?»: Илюшев — значит сын Илюша, потомок человека, которого в быту звали не полным церковным именем, а уменьшительным.

Илюш — не единственная производная форма от Ильи. В русских говорах встречались Илюха, Илюша, Илюш, Илюшка, и от каждого пошла своя фамилия: Илюхин, Илюшин, Илюшев, Илюшкин. Суффикс -ев указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или шипящий — в данном случае на ш. По этой же модели образованы Алёшев, Серёжев, Пашев.

Географически фамилия Илюшев встречается преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской, Костромской и Кировской областях. Там в писцовых книгах XVII века уже фиксировались крестьяне и посадские люди с этим именованием. Например, в переписи 1627–1629 годов по Устюжскому уезду упоминается Илюшко Степанов, а в 1678 году — Илюшев сын Федька в Тотемском уезде. Значит, фамилия начала закрепляться ещё до петровских реформ, когда большинство крестьян обходились без фамилий.

В дворянских родословных книгах Илюшевы не значатся — это фамилия крестьянская, мещанская, реже купеческая. В XIX веке её носители записаны в основном среди государственных и экономических крестьян, а также среди однодворцев южных губерний. Несмотря на простое происхождение, фамилия Илюшев сохранила живую народную основу, избежавшую книжной переделки.