Фамилия Байлуков — довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. Чтобы понять её корень, нужно отбросить типичный суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Байлука). Основа здесь — Байлук.

Самая вероятная версия связывает эту основу с тюркскими языками. Слово «бай» в большинстве тюркских наречий означает «богатый», «знатный», «господин». Вторая часть — «лук» — может восходить к слову «лык» или «лук» в значении «человек», «парень» (сравните с казахским «жігіт» или татарским «егет»). Таким образом, Байлук — это «богатый человек» или «знатный молодец». Такое прозвище могли дать зажиточному крестьянину, удачливому торговцу или просто видному, статному парню.

Менее вероятна, но возможна версия от имени собственного. В некоторых тюркских языках «Байлук» встречается как личное имя, образованное по той же модели (Бай + уменьшительный аффикс). В этом случае фамилия — прямое указание на отца по имени Байлук.

Географически фамилия Байлуков встречается в основном в регионах с сильным тюркским субстратом: в Поволжье, на Урале, в Сибири. Среди русских фамилий она нечастотна, что указывает на её возможное происхождение в среде крещёных татар, башкир или других тюркских народов, которые при переходе в православие получали фамилии по имени отца.

В русском языке суффикс -ов оформляет эту тюркскую основу по стандартной модели, делая фамилию привычной для русского уха. Примечательно, что фамилия не имеет однозначного аналога среди распространённых русских прозвищ, что подчёркивает её иноязычные корни. Носитель фамилии Байлуков, скорее всего, потомок человека, которого в его окружении выделяли по достатку или положению — «богатыря» в бытовом, а не былинном смысле.