Фамилия Вильмейкин — один из тех редких случаев, когда русская фамилия образована от немецкого имени. В её основе лежит немецкое мужское имя Вильгельм (Wilhelm), которое в русской народной традиции часто сокращали и переделывали: Вильм, Вилька, Виля. Суффикс -ейк- в данном случае — это не ошибка, а характерный для северо-западных и псковских говоров вариант суффикса -к- (сравните: «Михайла» — «Михайка», а в диалектах «Михалейка»). Так от имени Вильм (или Виля) образовалась форма Вильмейка — ласкательное, обиходное прозвище немца или человека, получившего имя в честь немецкого мастера.

Модель образования фамилии проста: к основе Вильмейк- добавили типичный русский патронимический суффикс -ин, обозначающий принадлежность: «чей?» — «Вильмейкин», то есть сын или потомок Вильмейки. Фамилия стоит в одном ряду с такими же «немецко-русскими» гибридами, как Федосейкин, Агапейкин, но с той разницей, что имя-донор здесь не православное, а западноевропейское. Это говорит о том, что предок носителя фамилии мог быть либо обрусевшим немцем (ремесленником, солдатом, врачом, приглашённым в Россию), либо русским, которому дали прозвище по отцу-немцу или по службе у немца.

Географически фамилия встречается крайне редко, и её очаги — не центральные губернии, а скорее регионы, куда в XVIII–XIX веках активно переселяли немецких колонистов: Поволжье, Новороссия, а также Петербургская губерния. В современных базах данных носителей фамилии буквально единицы, что подтверждает её узколокальный характер и, возможно, угасание в советское время, когда «немецкие» фамилии нередко меняли или русифицировали.

Словообразовательный нюанс: суффикс -ейк- в фамилиях обычно встречается в формах на -ейкин (Андрейкин, Матвейкин). Здесь же — Вильмейкин, что указывает на исходную форму не «Вильмей», а именно «Вильмейка» (от «Вильма»). Это нестандартное для литературного языка стяжение, но абсолютно нормальное для живой диалектной речи. Если бы фамилия писалась как Вильмейкин с ударением на второй слог, она бы читалась как «вильмейкин»; реальное ударение, скорее всего, на последний слог — Вильмейкин, что типично для фамилий на -ин.

Таким образом, Вильмейкин — не выдумка и не искажение, а редкий документ русско-немецкого культурного пограничья, сохранивший в суффиксе живую речь псковского или тверского крестьянина, который называл соседа-немца «Вильмейкой».