Фамилия Бильобрух стоит в ряду тех, что заставляют задуматься: от какого слова или прозвища она произошла? Первое, что бросается в глаза — необычное сочетание корней. Скорее всего, перед нами сложная фамилия, образованная слиянием двух основ. Первая часть, «Биль-», может восходить к немецкому корню (от имени Биль, сокращённой формы от Вильгельм, или от слова «Bild» — образ, картина), а вторая, «-брух», с высокой вероятностью происходит от немецкого «Bruch» — болото, топь, луг на болотистой почве, или же «ломка, трещина». Таким образом, Бильобрух — это фамилия, которая могла возникнуть в среде российских немцев или евреев-ашкеназов, говоривших на идише (где тоже встречается «ברוך» — благословение, но в данном случае написание и звучание тяготеет к «брух» как к географическому термину). Если исходить из немецкого, то прозвище «Бильобрух» могло означать «тот, кто живёт у болота Биля» или «человек из местности, называемой Бильский луг».

Словообразовательная модель здесь нестандартная для славянских фамилий. Суффиксы -ов, -ин, -ский отсутствуют. Это так называемая «чистая» основа, что типично для фамилий немецкого или еврейского происхождения, которые часто фиксировались в документах без добавления русских окончаний. В Российской империи такие фамилии встречались в черте оседлости и в Поволжье, где компактно проживали немецкие колонисты. Если же рассматривать версию о еврейском корне, то «Брух» (ברוך) — это «благословение», и тогда первая часть «Биль» могла быть искажённым «Биньямин» или «Берл», но цельное звучание «Бильобрух» больше похоже на топонимическое прозвище, чем на теофорное имя.

Споров вокруг фамилии немного: альтернативная гипотеза о чисто славянском происхождении (от «бить» и «брюхо») маловероятна из-за фонетики — в славянских языках нехарактерно сочетание «брух». Поэтому самая правдоподобная версия — немецкая или еврейская, с ударением на географию. Носители фамилии Бильобрух сегодня редки, и их предки, вероятно, были связаны с земледелием или ремеслом в тех регионах, где немецкий или идиш были языками повседневного общения. Фамилия не получила широкого распространения, что делает её уникальным маркером для семейной истории.