Фамилия Битлинская — женская форма фамилии Битлинский, и её происхождение почти наверняка связано с географическим названием. Модель образования через суффикс -ск- указывает на типично дворянский или шляхетский способ: так в XVII–XIX веках оформляли фамилии по названию родового поместья или места, откуда человек был родом. Основа «Битл-» могла возникнуть от названия населённого пункта вроде Битлино, Битлово или Битля. Такие топонимы, в свою очередь, часто происходят от прозвища или некалендарного имени Битло, Битла — возможно, от глагола «бить» в значении «драчун, забияка» или от диалектного «битло» (бойкий, сильный человек).

Вторая, менее вероятная версия — связь с литовским или балтским корнем. В Литве и Беларуси есть топонимы Битлай, Битляй, и фамилия Битлинский могла возникнуть у переселенцев из этих земель, особенно в западных губерниях Российской империи. В таком случае основа восходит к литовскому bitė (пчела) или bitininkas (пчеловод), и фамилия означала бы «принадлежащий к месту, где живут пчеловоды». Однако для славянского уха такое объяснение менее очевидно, и первая версия — с прозвищем или именем — выглядит более правдоподобной для массового бытования.

Фамилия редкая, в дореволюционных справочниках почти не встречается. Встречаемость фамилии Битлинская сегодня выше в центральных и южных регионах России, а также на Украине — там, где фамилии на -ский особенно часты. Сословно носители могли быть как из мелкопоместных дворян, так и из крестьян или мещан, получивших фамилию по деревне или селу, где жили. Точных данных о конкретном населённом пункте, давшем фамилию, нет — возможно, он исчез или изменил название.