Фамилия Кильюнен — редкий для России случай, когда карельское или финское происхождение не вызывает споров. Она образована по типичной для восточной Финляндии и Карелии модели: основа + суффикс -нен. В финском языке -nen — это уменьшительный суффикс, который в фамилиях часто указывал на принадлежность к местности, роду или на характерный признак. Буквально Кильюнен можно перевести как «маленький Килью» или «из рода Килью».

Основа «Килью» восходит к карельскому слову kilju — «крик, шум, гам». В карельских и финских говорах это слово также могло означать «плакса» или «крикун». Вероятнее всего, прозвище Килью дали человеку с громким голосом, вспыльчивым нравом или, наоборот, ребёнку, который часто плакал. В крестьянской среде такие прозвища были обычны: они не несли оскорбления, а просто фиксировали заметную черту.

Вторая версия, менее распространённая, связывает основу с географическим названием. В Финляндии и Карелии есть несколько небольших озёр и хуторов с корнем «Килью» (например, Kiljunjärvi). Тогда фамилия могла означать «житель с берегов Килью-ярви» или «выходец из деревни Килью».

В Российской империи фамилия Кильюнен встречалась почти исключительно среди карел и ингерманландских финнов — в Олонецкой губернии, на Карельском перешейке и в окрестностях Санкт-Петербурга. После переселений XIX века отдельные носители оказались в Тверской и Новгородской губерниях. В документах фамилия иногда записывалась на русский лад как Кильюнов или даже Кильюнин, но исходная форма с суффиксом -нен устойчиво сохранялась.

Фамилия не имеет отношения к дворянским родам — это типичная крестьянская фамилия северо-запада, которая закрепилась в эпоху массового учёта населения в конце XIX века. Сегодня Кильюнен остаётся одной из тех фамилий, по которым можно безошибочно определить карельские или финские корни предков, даже если семья давно обрусела.