Фамилия Билимова — женская форма мужской фамилии Билимов. Её основа — прозвище или нецерковное имя Билим, которое напрямую связано с древнерусским глаголом «билити» — белить, делать белым. В диалектах слово «билим» могло означать «выбеленный», «отбеленный» — так могли прозвать человека с очень светлыми волосами или кожей, либо того, кто занимался отбеливанием холстов. Второй вариант — прозвище по роду занятий: красильщик или белильщик, мастер по обработке тканей.

Словообразовательная модель проста: к основе Билим- добавлен патронимический суффикс -ов, типичный для русских фамилий, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Билима). Окончание -а в женской форме — грамматический показатель рода, не меняющий смысла. Суффикс -им в основе встречается реже, чем -ил или -ин, что делает фамилию морфологически заметной: она не путается с более частотными Белимовыми или Белинскими.

Географически фамилия Билимов (и её женская форма) встречается в основном в центральных и южных областях России, с заметным пятном в Воронежской и Ростовской областях. Встречаемость невысокая — это редкая фамилия, что указывает на локальное происхождение от одного или нескольких родов.

Интересная деталь: в некоторых говорах «билим» фиксируется как название растения белена (от «белёный»), но эта версия менее правдоподобна для прозвища — называть человека ядовитой травой было бы скорее обидным, а фамилии чаще возникали из нейтральных или описательных характеристик. Поэтому основная версия — через белизну или ремесло — остаётся предпочтительной.

В дореволюционных записях фамилия могла писаться через ять: Бѣлимовъ, что подтверждает её связь с корнем «бел-». Носительницы фамилии Билимова — потомки, скорее всего, крестьян или ремесленников, занимавшихся обработкой льна и тканей, либо просто светловолосых людей, получивших прозвище за внешность.