Фамилия Виленкина, скорее всего, женская форма, образованная от мужской фамилии Виленкин. Сама же мужская фамилия построена по типичной русской модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Виленкин, то есть сын или потомок Виленки. Основа здесь — прозвище или уменьшительное имя Виленка.

Корень «Вилен-» почти наверняка восходит к названию города Вильно (современный Вильнюс). В XIX веке это был крупный центр еврейской учёности и торговли, и фамилии, образованные от названий городов, были очень распространены среди еврейского населения Российской империи. Человек, приехавший из Вильно или имевший с ним прочную связь, мог получить прозвище Виленский или Виленка. Уменьшительный суффикс -к- в прозвище Виленка мог придать оттенок ласковости или указать на молодого, недавнего выходца из города.

Таким образом, предок носительницы фамилии Виленкина, вероятно, был уроженцем Вильно или его окрестностей. Фамилия эта недворянская, скорее всего, мещанская или купеческая, что типично для фамилий, возникших в среде еврейского местечкового населения в конце XVIII — XIX веках, когда фамилии стали обязательными. В отличие от русских фамилий на -ин, где основа — имя или прозвище отца, здесь сработала географическая привязка. Встречается и более редкая версия: от личного имени Вилен, которое могло быть сокращением от славянского имени Вилен (например, от «Владилен» — Владимир Ленин), но это вариант советского времени, гораздо менее вероятный для исторической фамилии.