Фамилия Биляркин — редкая, но прозрачная по своему строению и корням. Скорее всего, она образована от тюркского прозвища или названия места. Основа «Биляр» (или «Билярк») указывает на связь с волжскими булгарами и татарами: существовал город Биляр (Билярск) — бывшая столица Волжской Булгарии, крупный торговый и ремесленный центр. В этом случае прозвище Биля́р мог получить выходец из тех мест или человек, имевший с ними дело. Другая версия — от татарского имени Биляр (вариант имени Билал, означающего «влажный, свежий» или «мокрый»), которое встречалось у тюркских народов.

Суффикс «-кин» — характерный русский патронимический формант, указывающий на принадлежность к роду. В русской фамильной модели «-ин» (и его вариант «-кин» после основ на «к») присоединяли к основам, оканчивающимся на «-а» или согласный. Если исходное прозвище или имя было Биля́рка (уменьшительно-ласкательная форма от Биляр), то фамилия Биля́ркин означает «сын Билярки». Если же основа — Биля́р, то суффикс «-кин» мог возникнуть в диалектной или упрощённой форме, как в фамилиях Федькин, Мишкин. Словообразовательно это типичная русская фамилия, адаптировавшая тюркскую основу.

Географически фамилия тяготеет к регионам с историческим татарским и булгарским влиянием: Татарстан, Башкортостан, Оренбуржье, а также Поволжье в целом. Встречается она и у русских, и у татар, и у чувашей, что говорит о межэтническом бытовании. В дореволюционных переписях и метрических книгах фамилия фиксируется редко, в основном в среде крестьян и мещан юго-восточных губерний.

Ономастический словарь Б. Унбегауна не включает Биляркина, но модель «основа из топонима + -ин» для фамилий тюркского происхождения описана им как распространённая (сравните Казанкин, Булгарин). В работе В. Никонова «География фамилий» подобные фамилии отмечены как характерные для зоны контакта славянского и тюркского населения.

Версия о происхождении от названия птицы или животного (от «биляр» как искажённого «беляк» или «белка») маловероятна: фонетически переход «е» в «и» в русских говорах нехарактерен для такого корня, а суффикс «-кин» при основе «Беляк» дал бы Белякин. Поэтому основная гипотеза — тюркская, связанная с городом или именем.