Фамилия Пилюгов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано с профессией, но не с той, что лежит на поверхности. Вопреки первому впечатлению, корень здесь не «пилюля» и не «пилить».

Основа фамилии — слово «пилюга». В русских говорах, особенно южных и западных, так называли пилу, чаще всего ручную, лучковую. Прозвище Пилюга могли дать человеку по роду занятий: пильщику, лесопилу, плотнику, работавшему пилой, а не топором. Это ремесло было тяжёлым, но уважаемым — в деревянной Руси без пилы не обходилась ни одна стройка. Суффикс -ов, самый распространённый в русских фамилиях, работает по модели «чей?»: Пилюгов — сын Пилюги, то есть потомок человека с таким прозвищем.

Менее вероятна, но допустима версия от прозвища, данного за внешность или характер. В некоторых диалектах «пилюгой» могли назвать худого, вытянутого человека — по ассоциации с длинным полотном пилы. Эта версия слабее, так как фамилии от орудий труда встречаются в разы чаще, чем от таких метафор.

Фамилия не относится к числу дворянских и распространённых. Она характерна для крестьянской и ремесленной среды. Географически Пилюговы чаще всего встречаются в центральных и южных областях России, а также в Поволжье. Встречаются варианты написания Пилюгин — с другим патронимическим суффиксом, но та же самая основа.

Таким образом, предки носителей фамилии Пилюгов с высокой долей вероятности были пильщиками или плотниками, людьми, чья работа была связана с пилой. Фамилия хранит память о старом ремесле, которое в современном быту почти утратило свой прежний масштаб.