Фамилия Вилачев образована от прозвища Вилач. В основе лежит слово «вилач» — так в разных диалектах называли шест или столб с развилкой на конце, вилы, а также кол, к которому привязывали рыболовную снасть (мережу) при опускании в воду. Прозвище, скорее всего, относилось к профессиональным именованиям: предок мог изготавливать такие шесты или постоянно использовать их в работе — например, рыбак или крестьянин, управлявшийся с сеном. Менее вероятно, но возможно, что Вилачем прозвали высокого и худощавого человека — по ассоциации с длинным и тонким предметом.

Фамилия образована по самой распространённой русской модели: к основе Вилач прибавили суффикс принадлежности -ев. Вопрос лишь в том, какую форму носил суффикс изначально. Фамилия могла писаться и как Вилачев, и как Вилачёв — ударение на последний слог («Вилач» → «Вилачёв») свойственно говорам, где «ё» переходит в «е» на письме. Различить эти варианты по современному написанию невозможно, но оба означают одно: «сын Вилача» или «потомок Вилача».

Существует иная версия: фамилия может быть топонимической. В Брянской области есть село Вилач (ныне Вилачи, Витебская губерния исторически относилась к соседним землям). Выходец из этого села мог получить прозвище Вилач, а затем и фамилию Вилачев. Эта гипотеза менее вероятна, чем профессиональная, потому что топоним Вилач редок и не дал массового фамильного гнезда.

Фамилия Вилачев встречается нечасто. Она распространена в основном в центральных и северных регионах России — там, где в диалектах сохранилось слово «вилач». Среди известных носителей фамилии нет громких исторических фигур, что типично для фамилий, возникших из прозвищ по ремеслу или бытовому предмету.