Фамилия Вилюханова — женская форма фамилии Вилюханов, и её разговорное звучание сразу наводит на мысль о диалектной основе. В отличие от фамилий на «-ов», образованных от полных церковных имён, Вилюханов явно происходит от прозвища или мирского имени. Корень «вилюх-» с большой вероятностью связан с глаголом «вилять», «вильнуть» или существительным «вилюга» (извилина, излучина реки, а также хитрый, уклончивый человек). В северных и сибирских говорах «вилюха» могла означать непостоянного человека, того, кто «виляет», не держит прямого слова, или, в более безобидном смысле, извилистый ручей, овраг. Словообразовательный суффикс «-ан-» здесь нестандартный: обычно в фамилиях встречается «-ян-» (как в Колянов, Степанов), но «Вилюхан» — скорее всего, усечённая форма от «Вилюханя» или «Вилюха». Это типично для севернорусских и поморских фамилий, где приращение «-ан» служило для образования обиходного имени от основы: Вилюха → Вилюхан (ср. Баламут → Баламуханов, или Шумиха → Шумиханов). То есть предок носителя фамилии мог получить прозвище Вилюхан за извилистый характер, хитрость или, наоборот, за то, что жил у извилистой речки. Встречается эта фамилия крайне редко, преимущественно в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает диалектную природу корня — в этих местах «вилюга» и «вилюха» как географические термины (излучина, петля реки) хорошо известны. В ономастических словарях фамилия не зафиксирована, поэтому точную дату возникновения назвать сложно, но модель образования (прозвище + суффикс «-ан-» + фамильный суффикс «-ов») характерна для XVI–XVII веков, когда крестьяне и посадские люди получали фамилии по уличным прозвищам. Таким образом, Вилюхановы — потомки человека, прозванного Вилюханом, а его имя, в свою очередь, отражало либо особенность поведения, либо место жительства у речного изгиба.