Фамилия Битилев образована от личного имени или прозвища Битиль. Основа фамилии — тюркское слово «битик» (письмо, надпись, грамота) или производное от него «битиль» с утратой конечного «к». В тюркских языках, особенно в татарском и башкирском, «битик» означало «письмо», «документ», а также «грамотный человек», «писец». Суффикс -ев указывает на русскую патронимическую модель: Битилев — «сын Битиля». Это типичная фамилия для регионов Поволжья и Приуралья, где в XVII–XIX веках активно шёл процесс русификации тюркских именований.

Вероятнее всего, первый носитель прозвища Битиль был связан с письменным делом: служил писарем, переписчиком документов, толмачом или учителем грамоты. В татарской среде «битикче» — это человек, умеющий читать и писать, что в дореволюционной деревне выделяло его среди односельчан. Фамилия могла возникнуть и от топонима: в Башкортостане и Татарстане есть деревни с названиями Битилево, Битиль, откуда выходцы получали фамилию по месту жительства.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Битиков, Битимов, Битиков) показывает, что Битилев — вариант с суффиксом -ев, который закрепился в русской ономастике при адаптации тюркских основ. Встречается фамилия преимущественно в Оренбургской, Челябинской областях и Башкортостане, реже — в центральной России.

Спорная версия связывает Битиль с арабским «битил» (отдельный, обособленный), но она менее убедительна, так как не находит подтверждения в реальных прозвищах и документах. Основной и наиболее правдоподобный путь — от письменной профессии, что делает фамилию Битилев аналогом русских фамилий Писаренко, Грамотеев, Дьяков.