Фамилия Килюхов звучит редко, но её происхождение укладывается в прозрачную модель. В основе лежит имя или прозвище Килюх, которое, скорее всего, является производной формой от крестильного имени Кирилл. В русской народной традиции имена сокращали и смягчали, добавляя суффиксы: Кирилл превращался в Киря, Килюха, Килька. Суффикс -юх(а) придаёт имени фамильярный или пренебрежительный оттенок — так в быту называли своего человека, а не официально.

Ударение в фамилии, вероятно, падает на первый слог — К`илюхов, что типично для фамилий, образованных от имён с уменьшительным суффиксом. Модель образования проста: от основы Килюх добавили типичный русский суффикс принадлежности -ов, указывающий на «сына Килюха» или «человека из семьи Килюховых». Такая схема характерна для крестьянских и мещанских фамилий центральной России, особенно во второй половине XVII–XIX века.

Есть и менее вероятная версия: связь с диалектным словом «килюха» — так в некоторых говорах называли кильку, мелкую рыбу. В этом случае прозвище мог получить рыбак или человек маленького роста. Но эта гипотеза слабее, так как фамилии от названий рыб обычно образуются напрямую (Килькин, Килевой), а не через форму на -юх.

Географически фамилия Килюхов встречается эпизодически, преимущественно в Поволжье и на юге России — в Волгоградской, Ростовской областях, а также в Краснодарском крае. Это косвенно указывает на позднее закрепление фамилии, возможно, после отмены крепостного права, когда бывшие крестьяне получали фамилии по прозвищам отцов.

Сословная принадлежность предков — скорее всего, крестьяне или однодворцы. Фамилия не дворянская, не книжная, без суффикса -ский, что говорит о её народном, бытовом корне. В дореволюционных метрических книгах её стоит искать в записях о крестьянах государственных или помещичьих.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Килюшев, Килюшкин, Киляков, — то Килюхов стоит ближе к формам с суффиксом -юх, которые в русской ономастике считаются более старыми и редкими, чем, скажем, -ушк или -як. Это делает фамилию не слишком распространённой, но с чёткой «родословной» в рамках народной антропонимии.