Фамилия Вихвелин — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Обычно в таких случаях ищут корень в русском языке, но здесь стоит обратить внимание на иноязычные модели. Скорее всего, фамилия образована от прозвища Вихвела, которое, в свою очередь, могло быть адаптацией финского или карельского имени или слова. В финно-угорских языках встречаются основы вроде vihva — «спешка, торопливость», или личного имени Vihveli. Если предположить, что прозвище Вихвела дали человеку суетливому или быстрому в движениях, то фамилия Вихвелин отвечает на вопрос «чей?» — то есть сын или потомок Вихвелы.

Суффикс -ин указывает на типичную русскую модель образования фамилий от основ, оканчивающихся на -а или -я. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образуются от слов мужского рода, -ин характерен для прозвищ и имён с окончанием на гласный. Таким образом, фамилия Вихвелин могла возникнуть в среде, где русское население контактировало с финно-угорским, — например, в Карелии, на Кольском полуострове или в Архангельской области. В этих краях нередко встречаются фамилии с похожей структурой: Вихров, Вихрев, но Вихвелин стоит особняком.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с диалектным словом «вихвель» — так в некоторых северных говорах называли вихрь или порывистый ветер. В этом случае прозвище могло закрепиться за человеком с беспокойным характером. Однако без письменных источников или записей в переписных книгах утверждать это сложно.

Географически фамилия Вихвелин почти не встречается в центральных регионах России. Если искать её носителей, то с наибольшей вероятностью — в Вологодской, Архангельской областях или в республике Карелия. В XIX веке такие фамилии могли принадлежать крестьянам или мещанам, а не дворянству, так как суффикс -ин в сочетании с неканонической основой — типичная черта простонародных фамилий.

Написание фамилии устойчиво: двойное «и» (Вихвелин) не характерно для русской орфографии, но если бы она произошла от имени Вихвела, то форма с одним «и» (Вихвелин) была бы закономерной. Встречающийся вариант Вихвеллин — скорее всего, ошибка переписчика или позднее искажение.