Фамилия Вильшин — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Чтобы понять её корни, нужно посмотреть на суффикс: -ин. В русской ономастике суффикс -ин обычно указывает на принадлежность: «чей?» — «Вильшин» означает «сын Вильши» или «человек из рода Вильши». Сама основа «Вильш-» в русском языке не встречается, что сразу наводит на мысль о заимствовании или иноязычном прозвище.

Скорее всего, фамилия имеет польские или западнорусские (белорусские) корни. В польском языке есть слово «wilga» (иволга) и «wilczy» (волчий), но ближе всего — фамилия Wilczyński или Wilczewski, которая при русификации могла сократиться до Вильшин. Другая версия: основа «Вильш-» восходит к литовскому «vil̃kas» (волк) или польскому «wilk». В таком случае Вильшин — это русифицированный вариант фамилии типа Вильк или Вилькевич, где суффикс -ин заменил исходный -евич или -ский.

Есть и более прозаичное объяснение: фамилия могла возникнуть от прозвища «Вильша» — человека, который занимался обработкой ольхи (ольха по-польски «olsza», по-белорусски «вольха»). Звуковой переход «ольх» → «вильх» возможен в диалектах, особенно при смешении с польским произношением. Тогда Вильшин — потомок того, кто работал с ольхой, жил в ольшанике или носил прозвище по месту.

Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи: Польша, Беларусь, западные губернии Украины. В современной России Вильшин встречается редко, что подтверждает её нерусское происхождение. Сословная принадлежность предков неясна: фамилия не выглядит дворянской (нет типичного -ский), скорее крестьянская или мещанская, но точных данных нет. Известных носителей с такой фамилией в истории не зафиксировано — это типичная «малая» фамилия, сохранившаяся в нескольких семьях.