Фамилия Вилионтко — редкий пример восточнославянской фамилии с балтийским корнем. Её основа восходит к литовскому или прусскому имени Вилионт (Viliotas), которое образовано от корня *vil- — «надежда» или «воля» (ср. лит. viltis — надежда). Суффикс -ко в украинской и белорусской традиции указывает на уменьшительно-ласкательную форму: Вилионтко буквально значит «маленький Вилионт» или «сын Вилионта». Такая модель типична для фамилий, которые фиксировали имя отца по мужской линии, но не через стандартный суффикс -ович, а через патронимический -ко (как в фамилиях Шевченко, Тимошенко).

Географически фамилия тяготеет к западу современной Украины, югу Беларуси и востоку Литвы — зоне исторического контакта славянских и балтийских народов. В польских метриках XIX века встречаются записи о крестьянах и мелкой шляхте с фамилией Wiliontko, что подтверждает её пограничное происхождение. В отличие от многих фамилий на -ко, которые стали массовыми в центральной Украине, Вилионтко сохранила редкую основу — она не произошла от распространённого христианского имени (вроде Иван → Иванко), а закрепила балтийское дохристианское имя.

Есть версия, что фамилия могла возникнуть и от прозвища Вилионт — так называли человека с волевым, упрямым характером (лит. valingas — волевой). Но более вероятно, что перед нами именно патроним: предок носителя фамилии был литовцем или балтом по происхождению, который жил в славянской среде. Его дети получили фамилию по отцу, а окончание -ко «ославянило» звучание. Сословно носители Вилионтко чаще всего были крестьянами или однодворцами — в ревизских сказках Виленской и Гродненской губерний эта фамилия не встречается среди дворянства.

Современное написание с «В» в начале — результат адаптации: в литовском оригинале имя могло звучать как Viliotas, а при записи в православные или католические метрики его передали через кириллицу. Других вариантов, вроде Вилентко или Вилюнтко, в документах почти нет — фамилия устойчиво сохраняет форму Вилионтко, что говорит о её поздней фиксации и малой численности носителей.