Фамилия Вильгельмский — одна из тех, что сразу выдают нерусское происхождение основы. В её основе лежит немецкое личное имя Вильгельм (Wilhelm), означающее «шлем» и «защита» или, в более широком смысле, «твердый защитник». Однако сама фамилия образована по русской модели — с помощью суффикса -ск-, который характерен для дворянских или географических фамилий. Это говорит о том, что носитель фамилии или его предок не был немцем по происхождению, а получил прозвище или фамилию в русской среде.

Самая вероятная версия — фамилия восходит к названию населённого пункта, например, Вильгельмсдорф или Вильгельмштадт, которых немало в бывших немецких колониях на территории Российской империи (Поволжье, Причерноморье, Прибалтика). Переселенцы, выходцы из таких мест, получали фамилию по месту жительства: «Вильгельмский» — то есть «родом из Вильгельмсдорфа» или «из Вильгельма». Суффикс -ский в таких фамилиях указывает на принадлежность к местности, а не на отчество, как у крестьянских фамилий на -ов или -ин.

Менее распространённая, но возможная гипотеза — фамилия могла возникнуть в среде обрусевших немцев, служивших в русской армии или на гражданской службе. Имя Вильгельм (например, в честь императора Вильгельма I или II) могло стать основой для прозвища, а затем и фамилии, особенно в период активных русско-немецких связей в XIX веке. Однако это скорее исключение, так как обычно такие фамилии образовывались от названий, а не от личных имён.

Фамилия редкая и, скорее всего, не имеет отношения к древним русским родам. Встречается она преимущественно в регионах, где были немецкие поселения: в Саратовской, Самарской, Оренбургской областях, а также на юге Украины. В дореволюционных источниках её фиксировали в мещанских и крестьянских сословиях, что подтверждает «географическую» версию происхождения.

Таким образом, Вильгельмский — это фамилия-топоним, возникшая в среде российских немцев или их потомков. Она не указывает на прямое родство с каким-то конкретным Вильгельмом, а скорее говорит о том, что предок носителя жил в месте, названном в честь этого имени, или происходил оттуда.