Образован 10 августа 1930 года. Центр – село Билярск.

До 1920 года территория относилась к Спасскому и Чистопольскому уезду Казанской губернии, в 1920–1930 годах к Спасскому и Чистопольскому кантонам ТАССР.

На момент образования в Билярский район входили 41 сельских совет, 88 населенных пунктов; население – 48303 человек, в том числе русских – 23024, татар – 21202.

Границы и административно-территориальное деление района неоднократно менялись. На 1940 год его площадь составляла 1173 кв.км, население – 32,7 тысяч человек, число сельских советов – 30, населенных пунктов– 58.

В 1958 году в Билярский район вошла часть упраздненного Тельманского района. В 1960 году район занимал 1357,9 кв.км, в него входили 13 сельских советов, 63 населенных пункта.

В результате укрупнения административных единиц ТАССР Билярский район 1 февраля 1963 года был ликвидирован, территория передана в Чистопольский и Октябрьский районы.