Фамилия Ильюшин — одна из тех, где связь с исходным именем видна почти без подсказки. В её основе лежит не само крестильное имя Илья, а его просторечная, обиходная форма — Ильюша. Такие «домашние» варианты имён в русской традиции часто становились основой для фамилий, особенно в среде крестьян и посадских людей, где полное имя в документах использовали реже. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Ильюшин буквально означает «чей?» — сын Ильюши, потомок человека по имени Ильюша.

Само имя Илья — русская адаптация библейского имени Элияху (Eliyahu). С древнееврейского оно переводится как «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Яхве», то есть подчёркивает единобожие. Имя попало на Русь вместе с христианством и быстро стало одним из самых распространённых среди простых людей — благодаря популярности пророка Ильи, которого почитали как повелителя грома и дождя.

Интересно, что форма Ильюша (через «ю») встречается реже, чем привычная Илюша. Эта особенность написания могла закрепиться в конкретной местности или передаваться по семейной традиции. В переписных книгах XVII века фамилии на -ин от уменьшительных имён фиксировали именно так, как слышали: если в говоре произносили «Ильюша», то и в документ попадало «Ильюшин». Поэтому носители фамилии могут иметь предков из регионов, где был распространён именно этот вариант произношения — например, из северных или центральных губерний.

Фамилия не относится к числу редких, но и массовой её не назовёшь. В отличие, скажем, от Ильина (от полной формы Илья) или Илюшина (от Илюша), вариант с «ю» сохранил более узкую, почти семейную историю. По модели образования Ильюшин стоит в одном ряду с такими фамилиями, как Валюшин, Гаврюшин, Митюшин — все они образованы от уменьшительных форм имён с суффиксом -юш-.