Фамилия Бильдебеков — редкий пример тюркской модели образования с русским фамильным суффиксом. Основа здесь — сложное имя или прозвище Бильдебек, которое состоит из двух частей: «бильде» и «бек». Первая часть восходит к глагольной форме из тюркских языков (например, из казахского или башкирского) — «бильде» значит «знал», «узнал» или «отметился». Вторая часть — «бек», распространенный титул, означающий «господин», «князь», «правитель». Таким образом, Бильдебек можно перевести как «знающий бек» или «тот, кто познал господина». Вряд ли это было личным именем в прямом смысле — скорее, прозвищем, которое дали человеку за ум, проницательность или за службу при знатном лице.

Формант «-ов» в конце — типичный русский патронимический суффикс, указывающий на принадлежность: «сын Бильдебека». Фамилия закрепилась, когда носители прозвища вошли в русское сословное общество, скорее всего, в XIX веке, во время учёта башкирского, татарского или казахского населения. Географически фамилия тяготеет к южному Уралу и Западной Сибири — регионам, где смешивались тюркские и русские традиции именования.

Словообразовательная модель необычна: в отличие от массовых фамилий на «-ов» от простых имён (Иванов, Петров), здесь основа — целая фраза, свёрнутая в прозвище. Это сближает Бильдебекова с такими фамилиями, как Алтынбеков или Карабеков, но приставка «бильде» встречается реже, что делает фамилию локально уникальной. В словарях тюркских имён (например, у Гафурова) форма «Бильде» фиксируется как компонент сложных имён, но в русских метрических книгах XIX века её почти нет — фамилия осталась в узком кругу семей.

По сословной принадлежности предки Бильдебековых, скорее всего, относились к тептярам или башкирским вотчинникам — то есть к податным сословиям, но с возможностью владеть землёй. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её крестьянское или казачье происхождение. Сегодня фамилия встречается эпизодически, в основном в Башкортостане и Челябинской области.