Фамилия Багильдинская — редкий случай, когда географическое название почти наверняка перевесило личное прозвище. Это типичная «географическая» фамилия, образованная по модели притяжательного прилагательного с суффиксом -ск-, который в русских фамилиях чаще всего указывает на связь с местностью. В мужском варианте она звучала бы как Багильдинский, а женская форма Багильдинская закрепилась за дочерью или женой носителя этой фамилии.

Основа фамилии — топоним Багильдино. Такое название могло принадлежать деревне, хутору или урочищу. Корень «багиль» не имеет очевидной славянской этимологии. Скорее всего, это тюркское или монгольское слово. В тюркских языках «багыл» или «багиль» может означать «связка», «пучок», а в переносном смысле — «связанный», «скованный». В монгольских языках есть слово «баг» — «маленький», «младший», откуда могло образоваться имя Багиль с уменьшительным суффиксальным оформлением. Таким образом, основа фамилии восходит к личному имени или прозвищу Багильда, которое дали человеку по какому-то внешнему или поведенческому признаку.

Фамилии на -ский/-цкий в исторической России были распространены в среде духовенства и шляхты (польской или литовской), но также часто встречались у крестьян и мещан, переселившихся из одной деревни в другую. Если человек носил фамилию Багильдинский, это могло означать, что он или его предки были выходцами из населенного пункта Багильдино. Такие названия встречаются в Башкортостане, Татарстане и Оренбургской области — регионах, где издавна жили тюркские народы, и русские переселенцы нередко перенимали местные топонимы в качестве фамилий.

С точки зрения словообразования фамилия прошла путь: корень багиль- → суффикс -д- (как в именах типа Яков → Яковлев, но здесь это мог быть и тюркский аффикс принадлежности) → окончание -а (женский род в названии деревни) → суффикс -ск- (принадлежность к месту) → окончание -ая. Мужская форма — Багильдинский — встречается реже, но исторически первична: сначала был помещик или священник Багильдинский, а его жена и дети получили женскую форму.

В современных базах данных фамилия Багильдинская встречается единично, преимущественно в Уральском регионе и Западной Сибири. Это говорит о том, что род мог быть немногочисленным, а фамилия не получила массового распространения. Написание с двумя «и» — Багильдинская (не путать с возможным вариантом Багильдинская через «е») — закрепилось в документах, вероятно, под влиянием устной речи, где редуцированное «и» звучит неотчетливо.