Фамилия Ильюшихина — редкий пример, когда в основе фамилии лежит не мужское, а женское прозвище. Её образовали от прозвища Ильюшиха. Так в русских деревнях чаще всего называли жену человека по имени Илюша, то есть Илью. Илюша — уменьшительная форма канонического имени Илья, которое восходит к древнееврейскому «Элияху» и означает «Господь мой — Бог».

Модель «Ильюшиха → Ильюшихин(а)» характерна для северных и сибирских говоров, где суффикс -их(а) активно использовался для обозначения женщины по мужу: Петриха, Кузьмиха, Ильюшиха. Такое прозвище закреплялось за женщиной, но при передаче по наследству фамилия принимала форму притяжательного прилагательного с суффиксом -ин: Ильюшихин. Окончание -а в Ильюшихина указывает на женскую линию или на то, что фамилия дана женщине в современном паспортном оформлении.

Фамилия Ильюшихина встречается относительно редко — это объясняется самой моделью образования: не всякое женское прозвище становилось основой для фамилии, обычно это происходило, если женщина была главой семьи или её именование оказывалось устойчивее мужского. В данном случае прозвище Ильюшиха со временем перешло в разряд фамильного прозвания, и потомок человека, которого в быту звали Ильюшихой, получил фамилию Ильюшихина.