Фамилия Билонов — редкая и неочевидная с точки зрения корня. В ней нет ни очевидного «ремесленного» суффикса, ни распространённой модели от крестильного имени. Чтобы понять происхождение, нужно разобрать её на составные части.

Основа «Билон» или «Билон» (ударение, вероятно, на последний слог) не встречается в русских календарях и не является адаптацией греческого или латинского имени. Наиболее правдоподобная версия — прозвищное происхождение. В южнорусских и украинских говорах слово «било» означало «палка, колотушка», а также «язык колокола» или часть цепа для молотьбы. Человек, которого прозвали Билоном, мог быть плотником, изготавливающим такие била, или же просто высоким и худым — «как било». Суффикс «-он» в прозвище (Билон) характерен для украинской и белорусской антропонимии: он придаёт слову оттенок носителя признака (ср. Гуз — Гузон, Лоб — Лобонь). Таким образом, Билонов — это «сын Билона», то есть потомок человека по прозвищу Билон.

Есть и вторая, менее вероятная версия. В польском языке существует слово «bielon» (белена — ядовитое растение), но фамилия Билонов не имеет типичного польского суффикса «-ский» или «-евич», поэтому связь с растением скорее случайное созвучие. Также можно предположить, что основа восходит к тюркскому «бил» (знать, ведать) — тогда Билон мог означать «знающий, сведущий», но эта гипотеза не подкреплена географией фамилии.

С географической точки зрения фамилия Билонов тяготеет к югу России — встречается в Воронежской, Ростовской областях, а также на Кубани. Это косвенно подтверждает украинское или донское происхождение прозвища. Сословно фамилия, скорее всего, крестьянская или казачья: в документах XVIII–XIX веков носители этой фамилии не фиксируются среди дворян или купцов. В отличие от массовых фамилий на «-ов», образованных от имён (Иванов, Петров), Билонов стоит особняком — это именно прозвищная фамилия, которая сохранила в основе бытовую деталь или внешнюю характеристику предка.