Фамилия Пилюшина образована от прозвища Пилюша, которое восходит к глаголу «пиликать». В народной речи этот глагол имел два основных значения: издавать негромкие, однообразные звуки (обычно о плохой игре на скрипке или другом инструменте) и, в некоторых диалектах, — строгать, пилить, резать по дереву. Именно вторая трактовка позволяет отнести прозвище Пилюша к «профессиональным» именованиям, указывающим на род деятельности предка. Вероятно, основатель рода Пилюшиных занимался изготовлением домашней утвари из дерева: ложек, мисок, прялок или простой мебели. В старину мастера-резчика нередко называли по инструменту или характеру работы, и «пилюша» могло закрепиться как прозвище человека, постоянно что-то пилящего или строгающего.

Впрочем, существует и вторая, не менее правдоподобная версия. Если принять первое значение глагола, то Пилюшей могли в шутку прозвать незадачливого ученика, которому не удавалась игра на музыкальных инструментах, — того, кто вместо мелодии «пиликал» смычком. Реже так называли человека с тонким, писклявым голосом. В этом случае прозвище носило бытовой, ироничный характер, а не профессиональный. Обе гипотезы имеют право на существование, но версия о ремесленнике выглядит убедительнее: прозвища по роду занятий в русских деревнях встречались чаще, чем насмешливые именования по манере игры.

Словообразовательная модель фамилии проста и типична для русского севера и центральных губерний. Прозвище Пилюша оформилось через притяжательный суффикс -ин, который указывает на принадлежность: Пилюшин — сын, внук или потомок Пилюши. В женском роде фамилия звучит как Пилюшина, сохраняя ту же основу. Подобные фамилии на -ин активно формировались в XV–XVII веках, когда прозвища окончательно закреплялись за семьями и передавались по наследству. Интересно, что однокоренные фамилии — Пилюгин, Пилюков, Пилюев — встречаются в писцовых книгах и метриках, что говорит о широком бытовании корня «пил-» в прозвищной традиции.

Географически фамилия Пилюшина чаще встречается в Поволжье и на Урале, где деревообработка всегда была одним из главных промыслов. В переписных книгах XVII века упоминаются крестьяне с прозвищем Пилюша в Арзамасском и Нижегородском уездах, что косвенно подтверждает версию о ремесленном происхождении. Однако точных данных о конкретном родоначальнике фамилии нет: как и большинство крестьянских фамилий, Пилюшина не имеет своего дворянского герба или летописной легенды. Это фамилия трудового люда, чья история восстанавливается по косвенным признакам — диалектной лексике, модели образования и ареалу распространения. Сейчас носительниц фамилии Пилюшина можно встретить по всей России, но чаще всего — в Нижегородской, Кировской и Свердловской областях.