Фамилия Вилежанинова — женская форма фамилии Вилежанинов. Её основа — прозвище или неканоническое имя Вилежанин, которое, скорее всего, указывало на географическое происхождение человека. В русских говорах «вилежанами» могли называть жителей бассейна реки Виледь (Вилядь) — притока Вычегды в Архангельской области. Это предположение подкрепляется тем, что модель фамилий на -янинов (ср. Двинянинов, Каргополянинов) как раз и обозначала «выходец из такой-то местности». Суффикс -ин в окончании фамилии стандартно указывает на принадлежность: «чей?» — сын Вилежанина, дочь Вилежанинова.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным словом «вилежа» или «вилежник» (ленивый, медлительный человек). Однако фамилии с таким значением обычно образуются через суффикс -ев/-ов (Вилежев), а не через -янин. Поэтому версия с рекой Виледь выглядит убедительнее, тем более что топонимические фамилии этого типа хорошо известны на Русском Севере.

Фамилия редкая и локальная. Если судить по географии её носителей, основная зона бытования — Архангельская область и прилегающие районы Вологодчины, что косвенно подтверждает «речную» версию. В дореволюционных метрических книгах Вилежаниновы встречаются среди крестьян и мещан Сольвычегодского уезда. Дворянского происхождения у фамилии нет — это типичная северорусская «географическая» фамилия, закрепившаяся за простыми людьми, которые переселялись из одного села в другое и получали прозвание по прежнему месту жительства.