Фамилия Вилибегов — редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. В ней нет привычного славянского корня, который сразу подсказал бы занятие или внешность предка. Скорее всего, перед нами пример фамилии, образованной от тюркского или кавказского имени или прозвища, которое затем «обрусело» с помощью русского суффикса.

Основа фамилии — «Вилибег». В тюркских языках «бек» или «бег» — это титул, господин, князь. Первая часть «Вили» могла быть личным именем (возможно, вариантом имени Вели, Вали — «святой», «друг» в арабской традиции) или диалектным прозвищем. Таким образом, «Вилибег» — это сложносоставное имя-титул, означающее «господин Вили» или «князь Вили». Подобные двусоставные имена (Тимур-бек, Али-бек) были распространены у народов Кавказа, в Поволжье и Средней Азии.

Суффикс «-ов» однозначно указывает на то, что фамилия оформлялась уже в русской среде, скорее всего, при переписи населения. Он отвечает на вопрос «чей?»: сын Вилибега. Это типичная модель для фамилий, возникших у крещёных народов окраин Российской империи, где отчество или прозвище отца превращалось в наследственную фамилию по русскому образцу.

Версия о чисто русском корне выглядит маловероятной. Слово «вилибег» не встречается ни в древнерусских говорах, ни в словарях ремёсел. Нельзя исключать и искажение при записи: например, фамилия могла изначально звучать как «Велибегов» (от «Вели-бек»), но буква «е» перешла в «и» под влиянием акающего произношения. Такое часто случалось при фиксации иноязычных имён в церковных книгах.

Географически фамилия должна тяготеть к регионам, где русские соседствовали с тюркскими или кавказскими народами: Астраханская губерния, Ставрополье, Терская область, Закавказье. Носители фамилии, вероятно, происходили из среды служилых людей или казачества, которые нередко перенимали имена и прозвища от местного населения. Социальный статус предка мог быть выше среднего, если прозвище «бег» давалось не случайно, а указывало на реальное происхождение от родовой знати.