Фамилия Вилинчук ведет происхождение от названия города Вильно — так в старину славяне называли Вильнюс, столицу Литвы. В основе лежит прозвище Вилинец, которое давали выходцу из этого города. Само название города восходит к реке Вильня (лит. Vilnelė), левому притоку Вилии (лит. Neris; в летописях — Велья). Впервые Вильнюс упоминается в 1323 году в письме великого князя литовского Гедимина, где он называет его своим стольным градом. В древнейших письменных источниках господствуют формы Вильня, Wilnia, Vilna; с XIV века появляются Wilno, Vilno, а с XVII — вариант Vilnius.

Фамилия образована по типичной для украинской ономастики модели: к основе прозвища Вилинец добавили суффикс -чук, указывающий на родство — «сын» или «потомок Вилинца». Чередование согласных ц/ч (Вилинец → Вилинчук) произошло именно при присоединении этого суффикса и является регулярным фонетическим процессом. Таким образом, фамилия Вилинчук означает «потомок человека по прозвищу Вилинец», то есть выходца из Вильно.

Стоит обратить внимание на одну деталь: в разговорной речи и в документах прозвище могло звучать не как Вилинец, а как Вилинець — с мягким конечным согласным, что характерно для украинского произношения. В таком случае чередование ц/ч объясняется ещё проще: Вилинець → Вилинчук. Эта версия не противоречит основной, а лишь уточняет фонетическую сторону.

Фамилия встречается преимущественно на западе Украины, в регионах, исторически связанных с Великим княжеством Литовским. В России и Беларуси она редка. Поскольку в основе лежит не имя, а топоним, фамилия не несет сословной окраски — её могли получить как крестьяне, так и мещане или казаки, переселившиеся из-под Вильно. Других версий происхождения, например, от личного имени Виля или от глагола «вить», ономастика не предлагает — они слабее и не подтверждаются словообразовательной моделью.