Фамилия Вилиженцов — редкий пример «топонимической» фамилии, где ключевую роль сыграл географический объект. Её основа — прозвище Вилиженец, которое давали человеку, пришедшему из города Велиж. Этот город — один из старейших в Смоленской области, стоит на Западной Двине, а официальной датой его основания считается 19 июля 1536 года, когда по указу великого князя Ивана Васильевича и его матери Елены там заложили крепость.

История Велижа — это история пограничья. До конца XVIII века он был яблоком раздора между Россией и Речью Посполитой, не раз переходил из рук в руки, горел и отстраивался заново. На перекрёстке торговых и военных дорог город жил бурно — его успели посетить и Екатерина II, и Александр I. Поэтому прозвище Вилиженец не просто указывало на место рождения, а часто несло оттенок «человек из спорных, бывалых земель».

Само название Велиж, скорее всего, образовано от корня -вел- в значении «большой, великий». Компонент -иж в древнерусской топонимике обычно привязывал селение к реке или другому объекту — так что «Велиж» можно понять как «селение у большой реки». Чередование е/и в фамилии (Вилиженец вместо Велиженец) — характерная примета икающих говоров, распространённых в смоленских и соседних белорусских землях.

Морфологически фамилия стандартна для русской ономастики: суффикс -ов присоединился к основе Вилиженец, образовав притяжательную форму «сын Вилиженца». Встречаются ли другие варианты написания — например, Велиженцов — сказать трудно, но фонетически они возможны. Фамилия редкая, в массовых справочниках почти не фигурирует, что только подтверждает её узкую локальную привязку.