Фамилия Биленький — редкий случай, когда прозвище, а затем и фамилия, образовались от слова, которое в современном языке почти не употребляется. В основе лежит прилагательное «биленький», то есть «беловатый», «светлый». В старых русских говорах форма «биленький» (с «и» вместо «е» под ударением или в результате аканья, закреплённого на письме) была вариантом слова «беленький». Так могли назвать человека со светлыми волосами, бледной кожей или просто по контрасту с более тёмными родственниками.

Модель образования здесь простая: прилагательное перешло в разряд фамилий без типичных суффиксов -ов/-ев или -ин. Это так называемые «окаменевшие» прилагательные в полной форме, характерные для украинской и южнорусской традиции. В украинском языке «біленький» — распространённое прозвище, и фамилия Биленький (через «и») встречается на территории современной Украины значительно чаще, чем в центральной России. В русских переписях XIX века её фиксировали в Черниговской, Полтавской и Харьковской губерниях.

Суффикс -еньк- вносит уменьшительно-ласкательный оттенок, что необычно для фамилии. В отличие от грубоватых прозвищ вроде Белый или Беляк, Биленький звучит мягче — возможно, так называли младшего сына, подростка или человека с кротким нравом, но это лишь догадка. Документальных подтверждений такого социального контекста нет.

Спорный момент — не путать с польской фамилией Bieleński (Беленьский), которая восходит к названию населённого пункта Белень. Биленький же, скорее всего, не топонимическая, а чисто прозвищная фамилия, и её «и» в первом слоге — результат местного произношения или орфографической ошибки при записи. Встречаются также варианты Биленко и Беленький, но Биленький стоит особняком из-за редкого суффикса, сохранившего народную речь.