Фамилия Вильцев образована от прозвища Вильц, которое, скорее всего, восходит к названию города. В основе лежит топоним Вильц — самый большой город округа Эслинг в Люксембурге. Он состоит из двух частей: Нижнего и Верхнего города. Окрестности живописны, но хаотичная застройка, заборы и поросшие кустами овраги придают ему налёт провинциальности. Вероятно, основатель рода Вильцевых был уроженцем этого города либо долгое время жил в нём.

Модель образования у фамилии простая: к основе Вильц прибавили русский патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («сын Вильца»). Такая схема типична для фамилий, которые возникли из прозвищ или некалендарных имён. Если бы в основе лежало имя или прозвище на твёрдый согласный, мы бы увидели суффикс -ов, но здесь мягкий ц даёт -ев.

Интересно, что в русской ономастике фамилии с корнем Вильц встречаются редко. Это косвенно подтверждает версию о западноевропейском, а не славянском происхождении основы. Родственные фамилии — Вильцев, Вильцов, Вильц — все они, скорее всего, ведут начало от одного географического источника. При этом нельзя полностью исключать, что в отдельных случаях прозвище Вильц могло возникнуть и независимо, от диалектного слова (например, от глагола «вилять» в значении «хитрить» или «изворачиваться»), но люксембургский топоним выглядит более конкретным и правдоподобным объяснением.

Таким образом, фамилия Вильцев — это пример того, как название далёкого города в Европе превратилось в прозвище переселенца, а затем закрепилось в русской фамильной традиции.