Фамилия Вильбие — редкий случай, когда написание расходится с более распространённым вариантом Вильбой. Обе формы восходят к одному украинскому прозвищу, но вторая, с конечным «-е», встречается значительно реже и могла возникнуть под влиянием польской или белорусской письменной традиции, где окончание -е не редкость.

Прозвище Вильбой составное: первая часть — украинское «вiл» (вол, кастрированный бык), вторая — «бой» (бить, убивать). Буквально — «тот, кто бьёт вола». Такие прозвища, построенные по модели «глагол + объект», типичны для украинской антропонимии (сравните: Непийвода, Паливода, Убийвовк). Они обычно указывали на занятие: мясника, который резал волов, или, реже, на человека, который погонял волов в упряжке.

Фамилия Вильбие (и её вариант Вильбой) относится к числу тех, где прозвище перешло в наследственное имя без дополнительных суффиксов — так называемые «прозвищные» фамилии. Это характерно для украинских фамилий на -ой, -ий, -ей. В данном случае суффиксальное оформление отсутствует, что говорит о поздней фиксации фамилии: в документах прозвище просто закрепили как есть.

Географически фамилия Вильбой встречается в центральных и западных областях Украины, особенно в Черкасской и Винницкой областях. Вариант Вильбие, судя по доступным данным, единичен и может быть результатом ошибки писаря или адаптации в иноязычной среде. Точное время возникновения установить сложно, но процесс перехода прозвищ в фамилии на украинских землях активно шёл с XVII века.

В отличие от многих фамилий, образованных от названий животных (Волков, Быков), здесь основа — не тотемное имя, а конкретное указание на действие. Такие прозвища давали людям по яркой, заметной черте поведения или профессии, и они нередко вытесняли крестильное имя полностью.