Фамилия Билимов образована от прозвища Билим. В его основе, скорее всего, лежит украинское или южнорусское прилагательное «бiлий» — белый. Такие фамилии были широко распространены: среди родственных «белых» фамилий значатся Белов, Беляков, Белянкин, Белянчиков. Прозвище Билим могло указывать на светлый цвет лица или волос, а иногда имело значение «обеленный», то есть свободный от податей. Но называли Билимом и просто опрятного человека, пусть даже черноволосого.

Суффикс -им в этой фамилии встречается реже, чем стандартные -ов или -ин. Он характерен для прозвищных форм, которые закрепились в южных и западных регионах России, а также в украинских землях. Именно поэтому фамилия Билимов стоит в одном ряду не столько с Беловым, сколько с Белимовым — вариантом, где корень сохранил исходное звучание.

Есть и другая версия — татарская. Прозвище Билим могло восходить к глаголу «билем», что значит «болтаться, шататься без дела». В таком случае прозвище носило иронический оттенок, и Билимом называли бездельника или праздного человека. Эта гипотеза менее распространена, но возможна, учитывая исторические контакты славянского и тюркского населения.

Как бы то ни было, потомок человека с прозвищем Билим со временем получил фамилию Билимов.