Фамилия Вильцен — одна из тех, что ставит перед исследователем сразу несколько загадок. Главная версия её происхождения связана с польским языком и прозвищем «Вилки» (от польского wielki — «великий, крупный, большой»). Такое прозвище мог получить человек заметного телосложения, высокого роста или же тот, кто совершил что-то значительное, «великое» на взгляд окружающих. Суффикс -цен (или -цин) в данном случае — прямой маркер польской модели образования фамилий, что делает эту гипотезу самой обоснованной.

Однако есть и менее правдоподобные объяснения. Иногда фамилию пытаются связать с советским мужским именем Виль (аббревиатура «Владимир Ильич Ленин»), но лингвистически это слабая версия: суффикс -цен нехарактерен для русских фамилий, образованных от советских имён. Ещё одна гипотеза — от финских или сибирских топонимов с основой «виль-» (Вилюй, Вилия), но она тоже не выдерживает критики: связь с конкретной местностью не подтверждается географией бытования фамилии.

Модель образования фамилии проста: польское прозвище Wielki со временем трансформировалось в фамилию с суффиксом принадлежности. В польской ономастике суффикс -ec (в русской передаче -ец) часто переходил в -цен под влиянием диалектного произношения или письменной фиксации. Таким образом, Вильцен — это «тот, кто происходит от Вилки» или «сын Вилки».

Среди известных носителей фамилии — лыжник Вадим Вильцен и альпинист Николай Вильцен, что подтверждает её бытование в спортивной среде. В целом фамилия редкая, её география тяготеет к западным регионам бывшей Речи Посполитой, откуда она могла распространиться вглубь России вместе с переселенцами. Уже в XV–XVI веках в среде богатых людей начинают закрепляться и передаваться из поколения в поколение фамилии, обозначающие принадлежность человека к конкретной семье. Таким образом, потомок человека, обладающего прозвищем Вилки, со временем получил фамилию Вильцен.