Фамилия Пилюсков — один из тех случаев, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранилось почти без изменений, а суффикс лишь привязал его к роду. Корень здесь — «пилюск(а)». В русских говорах, особенно на северо-западе и в Поволжье, пилюской, пилюшком или пилюхой называли маленькую пилу, ножовку, а в переносном смысле — человека мелкого, суетливого, «пилящего» окружающих ворчанием. Второе, менее очевидное значение — «пилюска» как уменьшительное от «пилюля» (лекарственный шарик), но в фамилиях такая основа встречается реже.

Фамилия образована по продуктивной модели «основа + -ов» (Пилюсков < Пилюска + -ов). Суффикс -ск- здесь не топонимический (не от названия места), а скорее уточняющий, характерный для прозвищных фамилий второй волны: он придаёт оттенок принадлежности или свойства. То есть Пилюсков буквально значит «сын (или потомок) Пилюски». Ударение в большинстве случаев падает на первый слог: Пúлюсков.

Географически фамилия редкая, но не единичная. Встречается в основном в центральных областях России (Тверская, Ярославская, Владимирская) и на Урале. В писцовых книгах и ревизских сказках XVIII–XIX веков фигурируют крестьяне и мещане с этой фамилией — в основном ремесленники, плотники, столяры, что хорошо согласуется с «инструментальной» версией прозвища.

Споров о происхождении почти нет: альтернативная гипотеза — от польского или белорусского «пілюска» (вид зерновой культуры, полба) — маловероятна, так как фамилия не имеет характерных западнославянских черт в написании, а её ареал чисто русский. Так что предок носителя фамилии, скорее всего, был человеком с пилой в руках или с острым языком — и то и другое в старом быту ценилось.