Фамилия Вильямовская — одна из тех, что сразу выдают своё нерусское происхождение, хотя по форме она идеально вписалась в русскую модель фамилий на -ский/-ская. В основе лежит западноевропейское мужское имя Вильям (французское Guillaume, английское William), которое восходит к древнегерманскому Willahelm — «железный шлем» или «воля и шлем». На русскую почву это имя попало через польское посредство (Wilhelm, Wiljam) или через немецкое влияние в Прибалтике.

Фамилия образована по польско-белорусской модели: к основе Вильям- добавился суффикс -овск- (вариант -евск-), а затем окончание -ая, типичное для женского рода в русском прилагательном. В мужском варианте фамилия звучала бы как Вильямовский. Такая модель характерна для шляхетских фамилий Речи Посполитой: дворяне часто брали фамилии по названиям имений (Островский — от Остров), но здесь — по имени владельца или основателя. То есть Вильямовский — это буквально «принадлежащий Вильяму» или «родом из поместья, названного в честь Вильяма».

Вероятнее всего, предок носителя фамилии был либо польским или литовским шляхтичем, получившим землю и назвавшим своё поместье Вильямово (по имени отца или по собственному имени), либо немецким колонистом, чью фамилию ополячили и привели к русской форме. В России и Беларуси такие фамилии встречаются редко и, как правило, связаны с католическими или лютеранскими родами, которые после разделов Речи Посполитой вошли в состав Российской империи.

Интересно, что в отличие от более частых фамилий на -ский (Смирновский, Ивановский), основа Вильям- почти не дала производных в восточнославянской среде. Это говорит о том, что носители фамилии не были массовым явлением, а принадлежали к узкому кругу — скорее всего, к обедневшей шляхте или к немецким ремесленникам, перешедшим на русскую службу. В метрических книгах XIX века фамилия могла писаться через «W» (Wiljamowski), а в советское время закрепилась в нынешней орфографии.

Географически фамилия тяготеет к западным губерниям — Виленской, Гродненской, Минской, а также к Волыни. Встречается и у потомков польских ссыльных в Сибири. Никакой связи с английским корнем в русском быту уже не ощущалось: для крестьян и мещан Вильямовский был просто «панской» или «немецкой» фамилией, а её носители давно говорили по-русски или по-польски.