Фамилия Вильмова образована от имени Вильм, которое является краткой формой немецкого имени Wilhelm. Это имя восходит к немецким словам wil («желание») и helm («шлем», «защита») и на русский язык переводится как «храбрый защитник». Имя Вильгельм носили многие германские правители: Вильгельм I (германский император) (1797—1888) — король Пруссии, император Германии; Вильгельм I Завоеватель (1027/1028—1087) — герцог Нормандии, король Англии; Вильгельм X Святой (1099—1137) — герцог Аквитании, герцог Гаскони и граф Пуатье. Суффикс -ова был присоединен к фамилии Вильмова в процессе русификации.