Фамилия Билюба — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Чтобы понять её корни, нужно отбросить современное восприятие и обратиться к диалектной лексике и историческим формам имён.

Первое, что бросается в глаза — окончание -юба. Это не суффикс, а часть корня. В русской ономастике есть группа фамилий, образованных от прозвищ, в основе которых лежит глагол «любить»: Любава, Любим, Нелюб. Билюба — скорее всего, сложное слово, где первая часть «би-» может быть либо усечённой формой глагола «бить», либо вариантом имени. Самая правдоподобная версия: Билюба — это прозвище, данное человеку, который «бил» (побеждал, одолевал) любовь или же был «бит любовью», то есть страдал от неразделённого чувства. В говорах такое прозвище могло закрепиться за человеком с бурной, но несчастливой личной жизнью или, наоборот, за тем, кто славился крутым нравом в любовных делах.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с литовским или белорусским именем Билюс (Bilius), которое является краткой формой от имён вроде Билибардас. В таком случае Билюба — русифицированная форма, где конечное -ус заменилось на более привычное -юба. Это указывало бы на западнорусское или литовское происхождение предка.

С точки зрения словообразования, фамилия оформлена без типичного русского суффикса (-ов, -ин). Это так называемая «окаменелая» форма — прозвище, которое стало фамилией без изменений. Такое часто встречалось на Украине и в Беларуси, где фамилии на -а, -о, -юк фиксировались именно в виде прозвища. Географически фамилия Билюба встречается в основном в западных областях России, а также в Беларуси, что подтверждает вторую версию.

Социальный статус первых носителей установить сложно. Скорее всего, это были крестьяне или мещане, получившие фамилию по прозвищу, которое дал им мир. Дворянских родов с такой фамилией в официальных родословных книгах не зафиксировано.