Фамилия Вилялкина — женская форма фамилии Вилялкин. Она образована от прозвища или мирского имени Вилялка, а тот корень, в свою очередь, ведёт к глаголу «вилять». В диалектах «вилялой» называли увёртливого, хитрого человека, а «вилялкой» — того, кто ходит не прямо, петляет, а также — деталь в ткацком станке или небольшой кривой нож. Вероятнее всего, прозвище Вилялка получил человек с изворотливым характером, который умел обходить острые углы в разговоре или деле. Модель образования проста: суффикс -к- в основе указывает на прозвищное происхождение (ср. Вертун — Вертунка, Болтун — Болтунка), а затем стандартный русский фамильный суффикс -ин, означающий принадлежность: «сын (или дочь) Вилялки».

С географической точки зрения фамилия редкая. Основные очаги бытования — Поволжье и северные области России, где диалектные слова с корнем «вил-» встречаются чаще. В центральных и южных губерниях закрепились однокоренные варианты — Виляев, Вилякин, но форма с суффиксом -алк- почти не встречается и указывает на узколокальное происхождение, возможно, из одной семьи или деревни.

С точки зрения сословной принадлежности, носители фамилии Вилялкины в ревизских сказках и метрических книгах XIX века значатся преимущественно как государственные крестьяне и мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — это типичная крестьянская или посадская фамилия, возникшая не раньше конца XVII века, когда прозвища начали массово переходить в наследственные именования.

Искать более древние корни в антропонимике не стоит: «вилялка» как личное имя не встречается ни в святцах, ни в дохристианских именословах. Фамилия — целиком и полностью продукт бытового прозвища, и её носитель в прошлом, скорее всего, был человеком, которого в округе знали как увёртливого, ловкого или непостоянного.