Фамилия Билсагаев — редкий случай, когда географическое происхождение прослеживается почти наверняка, а вот с корнем всё не так однозначно. Носители этой фамилии почти поголовно — осетины, и именно осетинский язык даёт ключ к её разгадке, хотя и не без споров.

Словообразовательная модель типична для осетинских фамилий: суффикс -ев (русская адаптация осетинского -ты/-тæ) присоединён к основе Билсага. В осетинском языке фамилия звучала бы как Билысагъта или Билысагата. Первая часть — «Бил» — скорее всего, восходит к имени Била (Билæ), которое в Осетии встречается как мужское имя. Вторая часть — «саг» — переводится с осетинского как «олень». Таким образом, Билсагаев может означать «олень Билы» или «принадлежащий к оленьему роду», если «Бил» — не имя, а искажённая основа.

Есть и вторая, более прозаичная версия. В осетинском языке есть слово «билысаг» — так называют дикую кошку, лесного кота. В этом случае прозвище Билсаг (Дикий кот) могли дать человеку с соответствующим характером — скрытному, независимому или живущему в лесу. Тогда фамилия Билсагаев — «потомок того, кого прозвали Диким котом». Эта версия выглядит правдоподобнее: прозвища от названий зверей в горах Кавказа давали часто, а объяснять фамилию через редкое имя и слово «олень» сложнее.

Географически фамилия привязана к Северной Осетии, особенно к Дигорскому ущелью. Встречается она и среди южных осетин, но реже. В русских документах фамилия закрепилась в форме Билсагаев, хотя в осетинском произношении ударение падает на второй слог: Бил-са-гáев. Писарям XIX века, записывавшим осетин в ревизские сказки, было проще передать её на слух именно так.

Других версий — тюркской или монгольской — для этой фамилии нет: ни в одном из этих языков сочетание «билсаг» не даёт осмысленного корня. Спор идёт только между «оленем» и «дикой кошкой», и вторая гипотеза, с опорой на живую лексику и типичные прозвища, убедительнее.