Фамилия Вилялов — относительно редкая, и её происхождение вызывает у исследователей споры. Самая вероятная версия связывает её с тюркским именем или прозвищем. В основе лежит корень «вилял», который восходит к тюркскому «виля» — «извиваться», «петлять», «кружить». В переносном смысле так могли назвать хитрого, уклончивого человека, который «виляет» в разговоре или делах, либо того, кто живёт в извилистой местности (например, у петляющей реки).

Менее распространённая, но заслуживающая внимания гипотеза выводит фамилию от татарского имени Вилял (в арабском варианте — Билял). Имя Билял широко распространено в исламском мире; его носил один из первых сподвижников пророка Мухаммеда. Фамилия в таком случае — это русифицированная форма отчества от этого имени, где суффикс «-ов» указывает на принадлежность («сын Виляла»). Переход «Билял» в «Вилял» мог произойти из-за местных диалектных особенностей или при записи в документах.

Фамилия образована по модели, типичной для русских фамилий тюркского происхождения: основа (имя или прозвище) + суффикс -ов. Суффикс указывает, что предок носителя фамилии был либо сыном человека по имени/прозвищу Вилял, либо его крепостным или работником. Географически фамилия Вилялов чаще всего встречается в Поволжье, особенно в Татарстане и Башкирии, что подтверждает её тюркские корни.

Интересно, что фамилия не имеет однозначного славянского аналога. В русском языке есть глагол «вилять», но фамилия от него образовывалась бы иначе (например, Виляев или Вилягин). Поэтому версия с тюркским происхождением выглядит убедительнее. Социально предки Виляловых, скорее всего, были крестьянами или мещанами, принявшими фамилию при переписях в XIX веке, когда татарские и башкирские имена массово русифицировались.