Фамилия Вильбаум — один из тех случаев, когда корень слова не оставляет сомнений в происхождении, но требует небольшого лингвистического перевода. Она явно немецкая или ашкеназская (еврейская, восходящая к немецкому языку) и состоит из двух частей: «Виль» и «баум». Первая часть — это либо сокращение от личного имени Вильгельм (Wilhelm), либо от слова «вильд» (wild — дикий). Вторая часть — «баум» (Baum) — переводится как «дерево». Таким образом, фамилия могла означать либо «дерево Вильгельма» (то есть дерево, посаженное или принадлежавшее человеку по имени Вильгельм), либо «дикое дерево».

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: сложение двух немецких основ без каких-либо русских суффиксов. Фамилия пришла в Россию, скорее всего, с переселенцами из немецких земель или с евреями-ашкеназами, которые в XVIII–XIX веках массово получали фамилии на немецкий манер. В Российской империи такие фамилии нередко сохранялись в неизменном виде, без добавления типичных русских окончаний (-ов, -ин), что указывает на позднее оформление фамилии уже в документах на немецком языке или на сознательное сохранение исходной формы.

Географически фамилия Вильбаум встречается в России, на Украине и в Беларуси, но крайне редко. В немецкоязычных странах она тоже нечастотна: по данным телефонных справочников, большинство носителей живут в Германии, но их немного. В России фамилия могла принадлежать потомкам немецких колонистов, приглашённых Екатериной II, или еврейским семьям из черты оседлости. Второй вариант более вероятен, так как в ашкеназской ономастике фамилии с компонентом «баум» (например, Розенбаум, Гринбаум) очень распространены, а «Вильбаум» — их более редкая разновидность.

Если копать глубже, есть версия, что «Виль» могло быть не от имени, а от немецкого «Weil» (потому что, так как) — но это маловероятно, так как в фамилиях такой формант почти не встречается. Более правдоподобно, что «Виль» — это фонетическое искажение или сокращение от «Вилд» (дикий). В этом случае фамилия могла быть прозвищем человека, жившего у дикого, неокультуренного дерева или леса. В любом случае, предок носителя фамилии Вильбаум был либо владельцем или соседом приметного дерева, либо просто получил фамилию по канцелярскому принципу — от названия местности, где стоял дом.