Фамилия Ильюшик образована от уменьшительной формы имени Илья. Она относится к восточнославянским фамилиям, которые складывались не по московскому образцу (с суффиксами -ов, -ин), а по западнорусскому и украинскому — с суффиксом -ик. Этот суффикс в фамилиях часто указывал на молодого человека, сына или ученика: Ильюшик буквально означает «маленький Илья» или «сын Ильи». Такая модель особенно характерна для Волыни, Галиции, Полесья и прилегающих районов Беларуси.

Само имя Илья — русская форма древнееврейского имени Элияху, что значит «мой Бог — Господь». В народном сознании имя прочно связано с Ильёй-пророком: библейским чудотворцем, который, по преданию, был взят на небо живым. На Руси пророк Илья считался повелителем грома, дождя и урожая, его день (2 августа) отмечали как один из главных годовых праздников. Поэтому имя было чрезвычайно популярно, а его уменьшительные формы — Ильюша, Ильюшка, Ильюсик, Ильюшик — давали начало десяткам фамилий.

Фамилия Ильюшик — редкая. В отличие от массовых Ильиных и Ильюшкиных, она сохранила «живой» уменьшительный суффикс, который не превратился в стандартное -ов. Это говорит о том, что фамилия закрепилась сравнительно поздно или в местности, где долго держалась традиция называть людей по прозвищу, а не по отчеству с патронимическим суффиксом. Встречается Ильюшик преимущественно в западных областях России, в Беларуси и на востоке Украины.

Других версий происхождения у этой фамилии нет. Основа очевидна, а суффикс не допускает прочтения через профессию или прозвище по внешности. Предки носителей фамилии Ильюшик — скорее всего, крестьяне или мещане из западнорусских земель, которых в быту называли ласково Ильюшик, и это прозвание со временем закрепилось как фамильное.