Фамилия Вилюлю — редкий пример, где сама форма слова заставляет задуматься: почему она не склоняется и откуда взялось такое окончание? В русской ономастике фамилии на -у обычно нерусского происхождения. Чаще всего это украинские или белорусские фамилии, образованные от глагольных форм в повелительном наклонении (вроде Гуляй, Держи, Тягнибок), либо тюркские, где конечный гласный — часть основы. В случае с «Вилюлю» мы видим повтор слога, что наводит на мысль о прозвище, данном по характерному звуку или действию.

Скорее всего, в основе лежит звукоподражательное «вилю» или «виль». В русских говорах «вилять» означало «уклоняться, петлять, хитрить». Прозвище Вилюля могли дать человеку нерешительному, уклончивому или тому, кто ходил «вихляющей» походкой. Удвоение («Вилюлю» вместо «Вилюля») — типичный для разговорной речи приём, усиливающий выразительность: так могли дразнить в детстве, и это прозвище закрепилось за родом. По модели образования фамилия близка к «Вилюнов» или «Вилюгин», но застыла в именительном падеже единственного числа, что характерно для украинской традиции: в реестрах запорожских казаков встречаются фамилии на -у, -ю.

Географически фамилия тяготеет к западным областям бывшей Российской империи. В метрических книгах XIX века «Вилюлю» изредка фиксируется в Подольской и Волынской губерниях, а также среди переселенцев на Кубани. Вероятно, предки носителя фамилии были крестьянами или казаками, получившими прозвище за повадку «вилять» в делах или разговоре. Альтернативная версия — происхождение от личного имени Вилюр (тюркского или арабского корня), но тогда фамилия скорее приняла бы форму «Вилюров» или «Вилюрин». Учитывая редкую огласовку, «Вилюлю» — почти наверняка прозвищная фамилия, сохранившая живую интонацию деревенского говора.