Фамилия Бильчинский — пример того, как географическое название становится родовым. Её основа — топоним Бильче или Бильча. В Польше и на западе Украины есть несколько сёл с названием Бильче (например, Бильче-Золотое в Тернопольской области, Бильче в Лодзинском воеводстве). Суффикс -ский указывает на дворянское происхождение или на то, что предок владел землёй в этом месте: «из Бильче» или «бильчинский» — то есть выходец из такого села.

Модель образования типична для польской шляхты: к названию поместья или усадьбы добавляли окончание -ский/-цкий, превращая его в фамилию. Бильчинский — это форма от Бильче с характерным наращением -ин- (как в фамилиях Прушинский от Прусы, Долинский от Долина). В русском языке аналогичный суффикс -ский тоже мог означать принадлежность к месту, но здесь, скорее всего, влияние польской ономастической традиции.

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от прозвища Бильчак, которое могло быть связано с диалектным словом «биль» (белый, светлый) или с глаголом «билить» (белить). В таком случае Бильчинский — это «сын Бильчака», но суффикс -ский в этой модели встречается реже, чем -ов или -ин.

Фамилия редкая, в дореволюционных метрических книгах встречается на Волыни и в Подолье, а также среди польских дворян, которые после разделов Речи Посполитой оказались в русском подданстве. Бильчинские могли быть мелкопоместной шляхтой, владевшей одним хутором или деревней. В советское время фамилия почти не менялась — в отличие от многих «простых» фамилий, её не русифицировали, сохранив польское написание.