Фамилия Вильгельмс — это яркий пример «западного» следа в русском ономастиконе. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, образованных от православных имён (Иван, Пётр, Василий) с помощью суффиксов -ов/-ев, -ин, фамилия Вильгельмс происходит от западноевропейского имени Wilhelm (Вильгельм). Немецкое имя, в свою очередь, восходит к древневерхненемецкому «willio» (воля) и «helm» (шлем, защита), то есть «защитник воли» или «решительный защитник».

Ключевой элемент здесь — конечное «-с». В русской среде фамилии на -с (Мейерс, Шмидтс, Петерс) — это, как правило, русифицированные формы немецких или прибалтийских фамилий. В немецком языке суффикс -s часто указывает на родительный падеж или на форму «сын такого-то» (патроним). То есть Вильгельмс буквально означает «Вильгельмов» или «сын Вильгельма». Однако в России эта конструкция застыла как фамильная, без дополнительного русского патронимического суффикса.

География фамилии Вильгельмс в России — это прежде всего Поволжье (бывшая Самарская, Саратовская губернии), а также южные регионы (Одесская область, Крым) и Прибалтика. Массовое появление носителей фамилии связано с переселением немецких колонистов в Российскую империю в XVIII–XIX веках. Екатерина II приглашала крестьян и ремесленников из германских земель, и многие из них получали фамилии по имени отца (патронимы) в местной, часто упрощённой записи. Так Вильгельм стал Вильгельмсом.

Редкость фамилии в том, что она сохранила «чистую» западную модель словообразования, не приросшую русским суффиксом. Сравните: если бы носитель фамилии обрусел в XIX веке, его потомки могли бы стать Вильгельмовыми или Вильгельмовичами. Но фамилия Вильгельмс — свидетельство того, что предок был, скорее всего, первым поколением переселенцев, записанным в метрические книги именно под немецкой формой.

С точки зрения социального статуса, носители фамилии Вильгельмс в Российской империи чаще всего были крестьянами-колонистами, ремесленниками или мелкими торговцами. Дворянских корней у этой фамилии, как правило, нет — в отличие от фамилий на -ский или -фон. В советское время фамилия нередко русифицировалась на письме: встречаются варианты Вильгельмс, Вильгельм, а иногда и Вильгельмов — в зависимости от того, как записывали в паспортном столе.