Фамилия Вилесова — одна из тех, где за привычным звучанием скрывается языческая древность. Её основа — мужское имя Велес, которое носили в дохристианской Руси. Это имя восходит к индоевропейскому корню *wel, связанному с волшебством и переходом в мир мёртвых. Со временем у славян имя переосмыслили: его сблизили со словами «власть» и «волос». Форма Вилес — один из вариантов написания того же имени, закрепившийся в фамилии.

Восточные славяне почитали бога Велеса — покровителя охоты, домашнего скота и богатства. Считалось, что это суровое божество, поэтому имя Велес давали детям с охранительной целью: считалось, что грозный покровитель защитит ребёнка от злых сил. Потомок человека с таким именем и получил фамилию Вилесова.

Есть и другая версия происхождения, хотя она менее распространена. Согласно ей, фамилия связана с чувашским женским именем Вилес, точное значение которого не установлено. Но основная гипотеза — славянская, и она подкреплена и историческим контекстом, и словообразовательной моделью: суффикс -ов типичен для русских фамилий, образованных от полных мужских имён.

Среди носителей фамилии известен Иван Петрович Вилесов — купец и меценат из Соликамского уезда Пермской губернии. Он внёс заметный вклад в уральскую солепромышленность: открыл новые рынки сбыта соли и помог возродить пришедшие в упадок Усольские промыслы. Так фамилия, корнями уходящая в языческие верования, оказалась связана с историей русского предпринимательства.