Фамилия Бильтагуров — редкая и сложная для однозначной этимологии. Её основа «Бильтагур» не встречается в современных русских именах или прозвищах, что сразу указывает на иноязычное, скорее всего тюркское, происхождение. Словообразовательная модель — суффикс -ов, который в русских фамилиях чаще всего присоединялся к основам, оканчивающимся на согласный или -а/-я, и означал принадлежность («чей сын?»). Таким образом, Бильтагуров — это «сын Бильтагура».

Наиболее вероятно, что в основе лежит тюркское составное имя или прозвище. Первая часть «биль» (bil) в тюркских языках (татарском, башкирском, казахском, кумыкском) означает «знание», «мудрость», «ведай». Вторая часть «тагур» (tagur, tugur) может восходить к слову «туг» (знамя, бунчук) или к глаголу со значением «рождать», «создавать». В таком случае Бильтагур могло означать «знающий знамя» (то есть опытный воин, знаменосец) или «рожденный для мудрости». Однако есть и более прозаичная версия: «тагур» может быть искажённым диалектным вариантом слова «тау» (гора) — тогда имя означало бы «мудрая гора» или «знающий горы».

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением: её носители встречаются в Дагестане (особенно среди кумыков и ногайцев), в Чечне, а также среди татар и башкир. В русском языке фамилия закрепилась в форме на -ов, что типично для обрусевших или крещёных тюркских родов. Если предки Бильтагуровых были кумыками или ногайцами, то фамилия могла возникнуть не позднее XVIII–XIX веков, когда происходила массовая запись мусульманских имён в метрические книги с переоформлением их на русский лад. Сословно носители могли быть как горцами-узденями (свободными общинниками), так и служилыми людьми, поскольку основа «биль» намекает на грамотность или военный опыт.

Спорных версий немного. Иногда Бильтагуров пытаются связать с калмыцким «бильтя» (пятнистый) или монгольским «билтэгэр» (ловкий), но это менее убедительно, так как суффикс -ур/гур в тюркских именах встречается чаще, чем в монгольских, и фамилия почти не фиксируется в Калмыкии. Единственное, что можно сказать наверняка: фамилия не имеет славянских корней и не восходит к русскому нарицательному слову. Она — яркий пример того, как тюркское личное имя, возможно, с почётным значением, превратилось в русскую фамилию при переселении или смене вероисповедания.