Фамилия Вильченкова — женская форма, а её основа, мужская фамилия Вильченков, образована по редкой для русского ономастикона модели. В ней соединились два суффикса: сначала уменьшительно-ласкательный -енк- (как в словах «рученька», «ноженька»), а затем фамильный -ов. Такой способ словообразования встречается нечасто и указывает на то, что прозвище или имя предка звучало как Вильчо или Вилько, а уже от него по цепочке «сын Вильченка» появилась фамилия.

Корень Виль- — самый интересный. Скорее всего, он восходит к диалектному или просторечному варианту имени Вильгельм. В XIX веке в русских губерниях немецкие имена нередко переделывали на свой лад: Вильгельм превращался в Вилю, Вильку, а отсюда и в Вильченка. Вторая версия — связь с польским или белорусским словом «вільча» (волчица) или «вільчы» (волчий). В этом случае прозвище Вильченок мог получить человек, похожий на волка — угрюмый, одинокий или, наоборот, смелый и хищный. Третья, менее вероятная гипотеза — происхождение от названия реки Вильча в бассейне Западной Двины, но тогда фамилия была бы топонимической и скорее оформилась бы как Вильчинский.

Географически фамилия Вильченков (и Вильченкова) тяготеет к южнорусским областям, особенно к Курской и Белгородской губерниям, а также встречается на Смоленщине. Это подтверждает версию о польско-белорусском влиянии: в этих краях в XVII–XVIII веках было много переселенцев с запада, и фамилии с корнем Виль- там не редкость. Суффикс -енков типичен для украинской и южнорусской модели образования фамилий, где он указывал на сына по прозвищу: «чей?» — Вильченков, то есть сын Вильченка.

Социальный статус первых носителей был, скорее всего, крестьянским или мещанским. Фамилия не принадлежала дворянским родам — в родословных книгах она не фиксируется. Значит, предки Вильченковых были людьми простого звания, и прозвище им дали в быту, по внешности или характеру, а не по месту службы или владению землёй.