Фамилия Ильюшина образована от уменьшительной формы крестильного имени Илья — Ильюша. Само имя Илья имеет древнееврейское происхождение и означает «мой бог Яхве». В русской традиции это имя было широко распространено, поэтому и его уменьшительные варианты встречались повсеместно. Фамилия Ильюшина — типичная «матронимическая» или «патронимическая» по форме, но с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: буквально «дочь или жена Ильюши». Однако в большинстве случаев такие фамилии закреплялись за потомками по мужской линии, то есть за детьми человека по имени Ильюша.

Интересно, что фамилия Ильюшина — женская форма; мужской вариант — Ильюшин. В русской ономастике суффикс -ин чаще присоединялся к основам, оканчивающимся на -а или -я, что и произошло с именем Ильюша. По словообразовательной модели фамилия близка к Ивашкин, Петрушин, Гришин — все они образованы от уменьшительных форм канонических имён.

Фамилия Ильюшин (и её женская форма) не привязана к какому-то одному региону — она встречается и в центральной России, и на севере, и в Поволжье. Это объясняется тем, что имя Илья было популярно во всех слоях населения. Однако стоит отметить, что носители фамилии Ильюшин в XIX веке чаще фиксировались в крестьянской и мещанской среде, что типично для фамилий на -ин, образованных от народных форм имён.

В ономастических словарях, например в работах Б. Унбегауна, фамилии с суффиксом -ин описываются как одни из самых древних в русской системе: они фиксировались уже в XV–XVI веках. Ильюшина — не исключение: её основа уходит корнями в допетровскую эпоху, когда уменьшительные имена были нормой общения.

Можно сравнить Ильюшину с однокоренными фамилиями: Ильин, Ильиных, Ильюхин. Ильин — самая распространённая форма от полного имени, Ильиных — северный вариант с окончанием -ых, а Ильюхин — от другой уменьшительной формы (Ильюха). Ильюшина стоит в этом ряду как вариант, образованный от ласкового, семейного прозвища Ильюша. Такие прозвища часто давали детям или младшим членам семьи, и фамилия сохранила эту интимную, домашнюю окраску.

Таким образом, фамилия Ильюшина — не просто указание на родство с человеком по имени Илья, а конкретное указание на его домашнее, обиходное имя. Это делает её более личной по сравнению с формальными Ильиными или Елиными.