Фамилия Ильюшкина — женская форма, а мужская, Ильюшкин, образована от имени Ильюшка. Это, в свою очередь, уменьшительно-ласкательная форма канонического крестильного имени Илья (древнееврейское Элияху — «мой Бог — Яхве»). Модель образования проста и типична для русских фамилий: к основе имени (Ильюшк-) добавили притяжательный суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — «сын Ильюшки»). Таким образом, первый носитель фамилии, скорее всего, был сыном или внуком человека, которого в быту звали ласково Ильюшка.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от полных форм или прозвищ, суффикс -ин прикрепляли в основном к основам на -а/-я. Ильюшка — типичный пример такой «домашней» формы имени. В крестьянской среде, где фамилии массово закреплялись в XIX веке после отмены крепостного права, именно уменьшительные имена были в ходу повседневно. Поэтому Ильюшкины — это потомки Ильи, которого в семье звали Ильюшей.

Географически фамилия не привязана к одной местности, но чаще встречается в центральных и северных областях России, где были распространены формы имени на -юшк-. В южнорусских и украинских говорах Илья чаще превращался в Илька или Илько, оттуда пошли Илькины и Ильченко. Ильюшкин — показатель именно северного или владимиро-суздальского диалектного ареала.

Интересно, что фамилия Ильюшкин стоит в одном ряду с такими же «ласкательными» вариантами, как Илюшин, Ильюшин или Илюхин. Разница только в суффиксе уменьшительности: -ушк-, -юшк-, -юх- давали разные оттенки. Ильюшкин звучит мягче и «домашнее», чем более строгий Ильин, образованный от полной формы имени. В дореволюционных переписях такие фамилии нередко записывали с вариациями — Илюшкин, Ильюшкин — из-за нестабильности произношения безударных гласных, но современный стандарт закрепил написание через «ю».