Фамилия Ильзюгенева — редкая, и её разбор начинается не с корня, а с суффиксальной модели. Окончание -ев указывает на притяжательную форму: так образовывали фамилии от основ на мягкий согласный или на -й. Но сама основа «Ильзюген» не имеет очевидных параллелей в распространённых русских фамилиях. Это почти наверняка не славянский корень.

Скорее всего, в основе лежит тюркское или монгольское имя или прозвище. Сопоставим с калмыцкими и бурятскими антропонимами: элемент «ильз» может восходить к «илз» (милость, ласка) или к «илзэ» (счастье, удача) в некоторых тюркских диалектах. Вторая часть «ген» — распространённый формант в тюркских именах, часто означающий «широкий», «просторный» или выступающий как суффикс принадлежности. Таким образом, Ильзюген могло быть личным именем со значением «милостивый» или «счастливый» — не прозвище, а имя, данное при рождении.

Модель образования проста: к имени Ильзюген добавили русский патронимический суффикс -ев, получив «сын Ильзюгена». Фамилия женского рода Ильзюгенева — это форма от мужской Ильзюгенев. Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским и монгольским населением: Поволжье, Калмыкия, юг Сибири. Встречаемость крайне низкая, что подтверждает её локальное происхождение — возможно, от одного конкретного рода или даже одной семьи.

Сравнение с однокоренными фамилиями вроде Ильзюков, Ильзюров также показывает, что основа «ильз» не типична для славянской ономастики. Версия о происхождении от русского слова «ильза» (искажённое «ильза» как вариант «ельза» или «ольха») маловероятна — такая основа не дала бы суффикса -юген. Фамилия Ильзюгенева — яркий пример того, как русская патронимическая форма «приросла» к нерусскому имени, сохранив его звучание почти без изменений.