Фамилия Илюсина — редкий пример, когда женская форма закрепилась в качестве основной, а мужской вариант (Илюсин) встречается реже. В основе фамилии лежит разговорная форма крестильного имени Илья, а именно Илюся. В русской традиции уменьшительно-ласкательные варианты на -ся, -ся (Илюся, Ванюся, Петюся) были характерны для домашнего, семейного обихода, особенно в северных и центральных губерниях. Таким образом, Илюсины — это потомки человека, которого в быту называли Илюсей, то есть «Илюшки», но в более мягкой форме.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Илюсин, то есть сын Илюси. Такая модель типична для фамилий, образованных от личных имён и прозвищ, оканчивающихся на гласный. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская: в среде крестьянства и городских низов фамилии на -ин часто фиксировались в документах только тогда, когда семья получала официальную фамилию после отмены крепостного права в 1861 году.

Интересная деталь: имя Илья в народной среде давало множество производных — Илюха, Илюша, Илюня, Илюся. Последний вариант самый редкий, поэтому фамилия Илюсина встречается нечасто. В современных телефонных справочниках и базах данных она локализуется в основном в Поволжье (особенно в Ульяновской и Самарской областях) и на юге России. Возможно, предки носителей фамилии были выходцами из тех мест, где диалектная форма «Илюся» была в ходу.

Есть и другая, менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть от прозвища Илюся, данного человеку с какими-то особенностями (например, говорливому или, наоборот, тихому), но без привязки к имени. Однако в русской ономастике такие случаи единичны, и церковное имя Илья остаётся главным источником. Споров среди этимологов нет: фамилия прозрачна по составу и восходит к каноническому имени через народную форму.