Фамилия Вилочева, скорее всего, представляет собой вариант фамилии Вилачева, возникший под влиянием «окающих» говоров, где звук «о» произносится отчетливо даже в безударной позиции. В основе обеих фамилий лежит прозвище Вилач, которое восходит к слову «вилач». В различных диалектах это слово имеет несколько значений: столб, полка или шест с развилкой на конце; вилы; кол, к которому привязывается мережа при опускании ее в воду.

Скорее всего, прозвище Вилач относилось к профессиональным именованиям и указывало на род занятий предка. Он мог изготавливать вилачи или использовать их в своей работе — например, быть рыбаком или крестьянином, занимавшимся сенокосом. Менее вероятно, что прозвище отражало внешние особенности: Вилачом могли прозвать высокого худощавого человека, длинного и тонкого, как сам вилач.

Существует и третья гипотеза: фамилия Вилачева (а значит, и её вариант Вилочева) восходит к названию города Вилач, расположенного в Брянской области. В этом случае основатель рода мог быть выходцем из этого города. Какая из версий верна, сказать трудно, но словообразовательная модель с суффиксом -ев- указывает на то, что фамилия образована от прозвища или имени, оканчивающегося на мягкий согласный или шипящий, что типично для русских фамилий. Потомок человека по прозвищу Вилач со временем получил фамилию Вилачев, а в «окающих» говорах она закрепилась как Вилочев.