Фамилия Вилева — редкий случай в русской ономастике, где основа и суффикс вступают в противоречие. На первый взгляд перед нами типичная «матронимическая» фамилия, образованная от женского имени Вила. Но в русском языке такого полного имени нет. Есть краткая форма Вила от Владислава или Виолетты, но она скорее разговорная и редкая. Правдоподобнее выглядит версия, что в основе лежит прозвище Вила или Вило, которое давали человеку с длинными, тонкими ногами или руками — «вилы» как сельскохозяйственное орудие дали метафору. В северных и сибирских говорах «вила» означала также «извилина, излучина реки», и прозвище могло относиться к жителю у речного поворота.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — Вилев, то есть сын или потомок человека по прозвищу Вила. Важно, что фамилия пишется через -е-, а не через -о- (Вилова), что подтверждает мягкую основу. Встречается она почти исключительно в северных областях — Архангельской, Вологодской, а также в Пермском крае, где сохранились архаичные говоры. Это косвенно подтверждает диалектное происхождение.

Есть и вторая, менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть как вариант написания от названия реки Вильва в Прикамье. Но тогда ожидалось бы окончание -ин или -ский (Вильвин, Вильвинский). Скорее всего, предки носителей фамилии были крестьянами или ремесленниками, которых прозвали за внешность или манеру работать — вилами ворошить сено. В дворянских родословных книгах эта фамилия не значится, что типично для поздних крестьянских фамилий, закрепившихся в XIX веке.