Фамилия Биляй звучит кратко и необычно для русского уха, и в этом её подсказка. Скорее всего, перед нами не исконно русская фамилия, а украинская или белорусская по происхождению. Ключ к разгадке — конечное -ай, которое нехарактерно для стандартной русской модели фамилий с суффиксами -ов/-ев или -ин. В украинской и белорусской ономастике такие формы, образованные от прозвищ без дополнительного суффикса, — обычное дело.

Основа фамилии — прозвище Биляй. Его значение прозрачно: оно восходит к прилагательному «билый» (в украинском и белорусском — «белый»). Прозвище Белый (или Биляй) на Руси давали по разным причинам: за светлый цвет волос или кожи, за ношение белой одежды, а также в переносном смысле — чистому, непорочному человеку. Однако в народной среде у прозвища мог быть и другой оттенок: «белый» нередко противопоставлялся «черному» как барин — крестьянину, то есть Биляем могли прозвать человека, выделявшегося своим положением, либо, наоборот, иронично — того, кто «белой вороной» отличался от окружающих.

Фамилия образована по типичной для украинских и белорусских земель модели: от прозвища с помощью суффикса -ай (-яй), который придаёт слову оттенок ласкательности или уменьшительности. В таком случае Биляй — это не просто «белый», а «беленький», «беляш». Аналогичные фамилии — Біляй (украинская), Беляй (русская, но редкая). В русском языке суффикс -яй встречается реже и чаще в прозвищах (например, Деряй, Лепетяй), так что украинское или белорусское происхождение фамилии Биляй наиболее вероятно.

Географически фамилия тяготеет к западным и юго-западным регионам бывшей Российской империи: современная Украина, Беларусь, южные области России (Кубань, Ростовская область), куда переселялись украинцы. Встречается она и у крымских татар, но там это, скорее, вариант фамилии Билялов (от имени Билял), что совсем другая история. В русских же списках Биляй — редкая фамилия, и её носители, вероятно, потомки выходцев из Малороссии или Белой Руси.

Таким образом, фамилия Биляй — прозвищная, рассказывает о предке, которого за внешность или характер называли Белым. Её форма указывает на украинскую или белорусскую среду, а отсутствие патронимического суффикса делает её более древней по модели, чем, скажем, фамилия Биляев, которая появилась бы, если бы прозвище русифицировали.