Фамилия Пилюганова — женская форма от Пилюганов, и её разумнее разбирать по мужскому варианту, так как именно он указывает на предка-основателя. В центре внимания здесь не имя и не профессия, а прозвище, причём довольно редкое и неочевидное.

Основа фамилии — «Пилюган». Это прозвище, скорее всего, происходит от глагола «пилюкать» или «пиликать». В русских говорах «пиликать» означало «играть на скрипке или гудке», причём обычно с оттенком неумения или резкости — «пиликать смычком». Человек, которого дразнили Пилюганом, мог быть плохим музыкантом, скрипачом-самоучкой или просто любителем издавать скрипучие звуки. Суффикс «-ан» в прозвищах часто придаёт оттенок просторечия или насмешки: не просто «скрипач», а «пиликало», «пилюган».

Менее вероятная, но возможная версия связывает прозвище с диалектным словом «пилюга» — так в некоторых областях называли плеть, кнут или хворостину. В этом случае Пилюган мог быть человеком, который постоянно ходил с хлыстом, либо тем, кто им мастерски владел. Однако первая версия (от «пиликать») встречается в ономастике чаще и звучит убедительнее, так как прозвища по привычке или роду занятий — типичное явление.

Суффикс «-ов» в фамилии Пилюганов указывает на стандартную русскую патронимическую модель: «чей?» — «Пилюганов», то есть сын или потомок Пилюгана. Фамилия фиксируется преимущественно в центральных и южнорусских регионах, в частности в Воронежской и Тамбовской областях, где диалектная лексика с глаголом «пиликать» была особенно распространена. Встречаются и однокоренные фамилии: Пиликалов, Пиликин, Пилюгин — все они образованы от схожих звукоподражательных или прозвищных основ.

Таким образом, предок современных Пилюгановых был, по всей видимости, человеком с заметной особенностью: либо он постоянно что-то наигрывал на простом инструменте, либо за ним закрепилось прозвище по другому, но столь же яркому бытовому признаку.