Фамилия Вильгина — женская форма, но её основа мужская, и разбирать её логичнее через вариант Вильгин. Это фамилия, которая сразу ставит вопрос: что за корень «вильг-»? В русском языке такого слова нет, и это ключ к происхождению.

Скорее всего, перед нами фамилия искусственного, семинарского происхождения. В духовных училищах XVIII–XIX веков будущим священникам нередко давали фамилии, образованные от латинских или греческих слов, чтобы они звучали благозвучнее и книжнее. Латинское vilis — «дешёвый, простой, незнатный» — могло лечь в основу фамилии Вильгин через суффикс -ин, который в этом случае указывает на принадлежность: «сын простого, смиренного человека». Такая фамилия могла быть дана семинаристу как символ христианского смирения или как калька с русской фамилии Простосердов, Смиренский.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с западноевропейскими корнями. В немецком языке есть слово Wilge (устаревшее «ива»), а в английском Wilge — вариант имени Вильгельм. Тогда фамилия могла попасть в Россию через переселенцев или обрусевших немцев, но суффикс -ин типичен для русских фамилий, а не для немецких (у тех чаще -ов/-ев, -ский). Поэтому версия с латинским корнем выглядит убедительнее: она объясняет и редкое звучание, и модель образования, и социальный контекст.

Фамилия редкая, нечастотная. Встречается в основном в центральной России и Поволжье, что косвенно подтверждает её семинарское происхождение — именно там были плотные сети духовных училищ. Носительница фамилии Вильгина, скорее всего, потомок человека, получившего фамилию в семинарии, а не по ремеслу или месту жительства.