Фамилия Витлусова — женская форма фамилии Витлусов, а та, в свою очередь, — редкий пример фамилии, образованной от прозвища, которое почти наверняка связано с географическим названием. Самая очевидная и правдоподобная версия возводит основу к топониму Витлуса — так называется река в Карелии, правый приток реки Кеми. Если предок носителя фамилии жил на берегах этой реки или происходил оттуда, его могли прозвать Витлус — по имени реки, что было обычной практикой на Русском Севере.

Словообразовательная модель здесь проста: основа «Витлус» + суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Витлусов, то есть сын или потомок человека по прозвищу Витлус). Суффикс -ов — один из самых распространённых в русских фамилиях, он типичен для центральных и северных регионов. Окончание -а в Витлусова — стандартное указание на женский род.

Менее вероятная, но не исключённая версия — связь с прибалтийско-финскими языками, где корень «вит» может означать «вода» или «течение», а «лус» — «залив» или «лужа». Тогда прозвище могло описывать место жительства: «живущий у воды». Однако в ономастических справочниках фамилия Витлусов не фигурирует как широко распространённая, и её носители встречаются в основном на северо-западе России, что подтверждает карельскую привязку.

Фамилия не относится к дворянским или купеческим — её носители, скорее всего, были крестьянами или рыбаками из Карелии и Архангельской губернии. В метрических книгах XIX века Витлусовы изредка попадаются в Олонецкой губернии, что ещё раз указывает на северное происхождение. Таким образом, Витлусова — это географическая фамилия, указывающая на конкретную реку и регион, а не на занятие или личное качество.