Фамилия Виллоу — редкий для России случай, когда фамилия не переделана на русский лад, а сохранила английское звучание и написание. В исконном виде она происходит от английского слова «willow» — ива. В англоязычной среде такая фамилия могла возникнуть как топонимическая, то есть по месту жительства у ивовых зарослей, или как прозвище, данное человеку гибкому, стройному, похожему на иву. Однако для носителя из России или стран бывшего СССР эта фамилия почти наверняка не уходит корнями в английское средневековье. Скорее всего, перед нами результат поздней русификации или даже сознательной смены фамилии.

В Российской империи фамилия Виллоу могла появиться у обрусевших немцев, шведов или прибалтийских народов, где фамилии на -ow встречаются часто. Например, немецкая фамилия Willow или шведская Willöw при переезде в Россию записывались на слух как Виллоу. Другой, более прозаичный вариант — фамилию могли дать в семинарии. В духовных училищах будущим священникам нередко присваивали «растительные» фамилии, переводя русскую фамилию на латынь или греческий. Ива по-латыни — Salix, но если семинарист носил фамилию Ивин или Вербов, ему могли дать звучный перевод на английский манер — Willow, что в русской записи превратилось в Виллоу. Такая практика была редкостью, но встречалась в XIX веке, когда в моду вошли иностранные окончания.

Словообразовательно фамилия стоит особняком: нет ни русского суффикса -ов, -ин, -ский, ни характерного окончания. Это прямая транслитерация, поэтому её этимология не раскладывается на русские морфемы. В современной России фамилия Виллоу встречается единично, чаще в крупных городах, и её носители — потомки либо дворянских родов прибалтийского происхождения, либо людей, сменивших фамилию в советское время на благозвучную иностранную. Однозначно сказать, кем были предки, сложно: это мог быть и пастор из немецкой колонии, и купец, и семинарист, и даже человек, взявший фамилию по названию поместья.

Если сравнивать с однокоренными, то в русском языке есть фамилия Вилов (от слова «вилы» или диалектного «вила» — развилина), но она пишется через одно «л» и звучит иначе. Фамилия Виллоу с двойным «л» и окончанием -оу — явный западный след. Единственная версия, которую стоит отбросить сразу, — связь с французским «вилль» (город): для этого нет ни исторических, ни фонетических оснований.