Фамилия Ильютина в своей основе имеет женский вариант — Ильютина, но образована от мужской формы Ильютин. Это типичная «патронимическая» фамилия, то есть указывающая на отца: Ильютин — сын Ильюти. А Ильюта, в свою очередь, — это одна из многочисленных уменьшительно-ласкательных форм крестильного имени Илья.

Илья — русская форма древнееврейского имени Элиягу (Бог мой Яхве). Имя было широко распространено на Руси благодаря популярности пророка Ильи, считавшегося повелителем грома и молний. От него образовали десятки производных форм: Илюха, Илюша, Илька, Ильюшка и, в том числе, Ильюта. Суффикс -ут- в данном случае (как в именах Петрута, Ванюта) придавал имени ласкательный или фамильярный оттенок, характерный для северных и центральных русских говоров.

Модель образования фамилии проста: к основе Ильют- добавился типичный русский суффикс принадлежности -ин. Он указывает на то, что носитель фамилии — из рода Ильюти, то есть потомок человека по прозвищу или уменьшительному имени Ильюта. Важно, что фамилия закрепилась в женской форме Ильютина, что бывает, когда в основе лежит прозвище или имя женщины, либо когда фамилия прошла через женскую линию. Однако в подавляющем большинстве случаев Ильютина — это «жена Ильютина», то есть фамилия, данная по мужу.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречались у крестьян центральной России, фамилии на -ин (как Ильютин) в целом более характерны для северных и северо-восточных регионов, а также для некоторых слоёв духовенства. Встречается Ильютина и в южнорусских областях, но реже. География фамилии сегодня охватывает преимущественно европейскую часть России, с заметным скоплением в Тверской, Ярославской и Московской областях.

Однокоренные фамилии — Ильин, Ильюшин, Ильенков, Ильюшечкин — все восходят к тому же имени Илья, но с разными суффиксами. Ильютина стоит в этом ряду особняком из-за относительно редкого суффикса -ут-, который делает фамилию узнаваемой и не позволяющей спутать её с более массовыми Ильиными.