Фамилия Виллинская звучит как типичная «географическая» фамилия, образованная от названия места. Модель проста: основа Виллин- плюс суффикс -ск-, указывающий на связь с местностью. Такие фамилии чаще всего получали дворяне, духовенство или выходцы из сел и городов, которые при переезде брали фамилию по прежнему месту жительства.

Корень фамилии — скорее всего, топоним Виллино или Виллин. В польской и белорусской ономастике известна фамилия Виллинский, а женская форма Виллинская могла закрепиться за дочерью или женой носителя мужского варианта. Связь с городом Вильно (ныне Вильнюс) напрашивается, но здесь нужно уточнение: от Вильно образованы фамилии Виленский, Вильненский, а Виллинский — это уже иная, уменьшительная или диалектная форма. Возможно, в основе лежит название деревни Виллино — такие населенные пункты встречаются в западных областях бывшей Речи Посполитой, например, в современной Польше или на западе Беларуси.

Менее вероятна версия происхождения от личного имени Виля (разговорная форма от Владислав или Вильгельм) с добавлением суффикса -ин- и -ск-. Если бы фамилия была Вилинская, это было бы прямо от имени Виля, но двойное «л» в Виллинская указывает на более сложную основу — либо на иноязычное заимствование (немецкое Willi, Willen), либо на топоним с твердым произношением. В XIX веке среди польской шляхты и католического духовенства такие фамилии с двойными согласными были нередки, так как польская орфография часто сохраняла этимологическое написание.

Сословная принадлежность носителей фамилии Виллинская, скорее всего, не крестьянская: суффикс -ск- в русских фамилиях традиционно указывает на дворянское или церковное происхождение. Однако в западных губерниях Российской империи, где фамилии на -ский носили и мещане, и однодворцы, это правило работало не так строго. В любом случае, предок, получивший фамилию Виллинская, был связан с местом по имени Виллин — либо владел им, либо служил при тамошнем костеле или церкви, либо просто оттуда родом.