Фамилия Вилькеев образована от имени Вилькей. В этом имени «Виль» восходит к арабскому корню, который переводится как «близкий, святой», а «-кей» — татарский уменьшительно-ласкательный суффикс. То есть Вилькей — это ласковое прозвище или домашнее имя человека, которого называли «святым» или «близким». Потомки этого человека закрепили за собой фамилию по русской модели — с суффиксом -ев, который в тюркских фамилиях часто присоединяют к основам, оканчивающимся на согласный или -й.

Сама конструкция имени Вилькей нехарактерна для исконно русской антропонимии: арабский корень плюс тюркский суффикс типичны для татаро-башкирской ономастики. Поэтому фамилия Вилькеев, скорее всего, имеет булгаро-татарские корни и бытует в среде татар и башкир. Встречаются варианты написания с одной «л» — Вилькеев, и с удвоенной — Вилькеев (последнее реже, но фиксируется в документах).

Из известных носителей — Вилькеев Джавдат Валиевич (1927 года рождения), доктор педагогических наук, профессор, член-корреспондент Российской Академии Естествознания. Он занимался логикой и методами научного познания в школе, формированием научного мышления у учеников и профессионального мышления у педагогов. Его работы — пример того, как носитель фамилии с арабским корнем «святой» посвятил жизнь науке об обучении.