Фамилия Вилюсян — типичный пример фамилии, образованной по армянской модели с суффиксом -ян, который восходит к древнему -янц и означает «из рода» или «принадлежащий». В русской передаче окончание часто упрощается до -ян, хотя в самой Армении распространены оба варианта. Основа фамилии — Вилюс — скорее всего, является вариантом личного имени или прозвища.

Прямого соответствия в армянском именослове у слова «Вилюс» нет, поэтому наиболее вероятная версия — это адаптация имени Вильгельм или его производных (Вилли, Вильям) через турецкое или персидское посредничество. В Османской империи и Западной Армении европейские имена нередко входили в обиход в искажённом виде, и «Вилюс» могло стать ласкательной или просторечной формой. В таком случае носитель фамилии — потомок человека, которого в быту звали Вилюсом, а его дети и внуки стали писаться как Вилюсяны.

Менее распространённая, но допустимая гипотеза — связь с диалектным армянским словом «вил» (вилы) или «вилук» (развилка), но суффикс -ус здесь нехарактерен для армянской лексики. Скорее всего, перед нами именно антропонимическая, а не топонимическая или профессиональная основа.

Фамилия редкая и нечастотная даже в Армении. В России она встречается в основном в среде потомков армянских переселенцев конца XIX — начала XX века, бежавших из Западной Армении от геноцида. Географически носители Вилюсян рассеяны: есть в Краснодарском крае, Ростовской области, Москве. В самой Армении фамилия фиксируется в основном в Ереване и областях, граничащих с Турцией, что косвенно подтверждает западное происхождение.

По социальному составу — это фамилия крестьян и ремесленников, без дворянского или купеческого оттенка. Армянские фамилии на -ян не дают информации о сословии, так как этот суффикс универсален для всех слоёв.