Фамилия Бильтхаева — редкий случай, когда происхождение читается почти буквально, но требует знания языка-источника. В основе лежит тюркское или кавказское (скорее всего, кумыкское или чеченское) слово «бильт» или «билт», которое в разных диалектах означает «знающий», «ведающий», либо связано с понятием «разум, мудрость». Второй компонент — «хай» — может восходить к арабскому «хай» (живой, живущий) или тюркскому «хай» (крик, возглас, удача). Таким образом, исходное прозвище Бильтхай могли дать человеку, которого считали «живым умом», проницательным советчиком или, напротив, обладателем громкого, «кричащего» ума.

Суффикс -ева указывает на типичную для русского языка модель образования женской формы фамилии от мужской основы Бильтхаев. В данном случае он выполняет чисто грамматическую роль — показывает принадлежность к роду. Сама фамилия Бильтхаев, скорее всего, оформилась в XIX–XX веках, когда горские народы Северного Кавказа получали фамилии по отцовскому имени или прозвищу, записанные русскими чиновниками с характерными окончаниями.

Географически фамилия привязана к Чеченской Республике, Ингушетии и Дагестану, особенно к кумыкским и чеченским аулам. Встречается она редко, что говорит о локальном распространении. Носители, вероятно, принадлежали к сословию свободных общинников или узденей — не знати, но и не зависимых крестьян. Прозвище, ставшее фамилией, могло отражать уважение к уму и наблюдательности предка.

С точки зрения словообразования, фамилия нестандартна для русского уха: сочетание корня с двумя гласными и глухим стечением «лтх» выдаёт её иноязычное происхождение. Путать с похожими «Бильт» или «Бильти» не стоит — это самостоятельная форма, где второй компонент «хай» даёт дополнительный смысловой оттенок, будь то «живой ум» или «счастливый знаток».