Фамилия Бильтагурова — редкий случай, когда корень почти наверняка не славянский, а тюркский или кавказский. Если отбросить окончание -а, типичное для женской формы, перед нами мужской вариант Бильтагуров. Основа «Бильтагур» скорее всего восходит к составному имени или прозвищу, где первая часть «биль» (bil) в тюркских языках означает «знание», «мудрость» или «ведать», а вторая — «тагур» или «таг» — может быть связана с горой (taw, tag) или с титулом/прозвищем. Таким образом, исходное имя могло значить «знающий гору» или «мудрый горец» — вариант, типичный для народов Северного Кавказа, где топонимические имена с элементом «даг» (гора) распространены.

Формант -ов указывает на русскую модель образования фамилии: так оформляли фамилии нетитульных народов Российской империи, включая осетин, чеченцев, ингушей, кумыков и других. Суффикс просто русифицировал исходное имя, прибавив его к основе. Встречаются похожие по структуре фамилии Бильтагов, Бильтугов, где конечный элемент короче, но Бильтагуров выделяется более полным звучанием.

Географически фамилия привязана к Северному Кавказу, скорее всего к Осетии или Ингушетии. В осетинском языке есть слово «бил» (край, берег) и «тагур» (неясное, возможно диалектное), что даёт ещё одну гипотезу: «береговой» или «живущий у края». Но более вероятно, что основа — личное имя Бильтагур, которое в советское время при переписях и паспортизации записали через русское окончание.

Сословно носители фамилии, судя по региону и модели, относились к свободным горцам, а не к дворянству — фамилии с тюркскими корнями на -ов редко попадали в родословные книги империи, если только носитель не выслужил чин. На сегодня Бильтагуровы — немногочисленный род, и встретить фамилию можно в основном в Северной Осетии и у осетинской диаспоры.