Динияр Билялетдинов родился в Москве 27 февраля 1985 года в семье известного футболиста «Локомотива» и ярославского «Шинника» 80-х годов Рината Билялетдинова. Тем не менее, в футбольную школу маленького Динияра привела мама – в 1990 году будущий капитан «Локо» начал свое образование в спортшколе «Чертаново». Через три года Билялетдиновы всей семьей переезжают в Чехию, где Ринату Саяровичу предложили контракт в учичовском «УНЕКСЕ». На протяжении года Динияр и его старший брат Марат занимались в местной футбольной секции, с ранних лет приобретя «легионерский» опыт.

Вернувшись в Москву в 1994-м, Билялетдинов продолжил заниматься футболом в школе МИФИ (ГПЗ-1 «Подшипник»). Для того, чтобы добраться на тренировку, Динияру теперь требовалось больше часа. Мальчик быстро привык к самостоятельности и с 8-ми лет начал ездить на занятия один. Мама Аделия Абдулахматовна вспоминает случай, когда Динияру пришлось одному добираться на другой конец Москвы на какой-то турнир. У нее на руках был еще грудной Даниль (младший брат Динияра – прим.), старший брат Марат приболел, а папа был на выезде. Динияр приехал на этот турнир и даже заработал приз лучшего игрока - спортивные трусы, которые, впрочем, оказались ему малы. Однако он попросил маму отложить их для своего братика.

В 15 лет Билялетдинов-младший переходит в футбольную школу «Локомотив», где начинает тренироваться в группе ребят 1985-го года рождения под руководством своего отца.

В 2001 году Динияр без троек окончил среднюю школу и задумался над получением высшего образования. В 16 лет еще не было ясно, заиграет он или нет, а потому родители решили, что еще одна профессия лишней для сына не будет. В результате вступительных экзаменов Динияр стал студентом Московского Государственного Индустриального Университета. В январе 2008 года Билялетдинов успешно сдал государственные экзамены и защитил дипломную работу на тему «Грузовой автомобиль типа 404, грузоподъемностью 2500 килограмм с разработкой раздаточной коробки, сцепления, технического обслуживания и ремонта».

30 июня 2002 года Динияр дебютирует в составе дублирующей команды «Локомотива», выйдя на замену на 89-й минуте гостевого матча против «Анжи». Своих первых голов Билялетдинову пришлось ждать целый год – 22 июня 2003 года дубль полузащитника (на 3-й и 37-й минутах) позволил красно-зеленым разгромить резервистов столичного «Динамо» 6:1.

А уже 29 февраля 2004 года главный тренер «Локо» Юрий Семин доверил Динияру место в стартовом составе в ответной игре 1/16 финала Кубка России 2003/04 с «Химками». Именно 2004-й можно считать поворотным годом в карьере Билялетдинова. Начиная с конца марта Динияр начал регулярно привлекаться в основной состав «Локо», забив свой первый гол уже в дебютном матче чемпионата против «Торпедо» в Лужниках. В 2004 году Динияр завоевал первый чемпионский титул, стал обладателем футбольных премий «Премьер» и «Большая пятерка». В 2007-м году после ухода из «Локо» Дмитрия Лоськова, Динияр Билялетдинов был выбран партнерами по команде новым капитаном «Локомотива».

25 августа 2009 года Билялетдинов перешёл в английский клуб «Эвертон», который следил за футболистом на протяжении полутора лет. Контракт Динияра был подписан на 5 лет. Сумма трансфера составила 9 млн фунтов. За «Эвертон» дебютировал 30 августа 2009 года, выйдя на замену на 89 минуте в матче 4 тура с «Уиганом».

В следующих трех матчах за новый клуб Динияр сделал 5 голевых передач — 2 в еврокубковой встрече против греческого АЕКа, 2 в игре с «Халл Сити» в Кубке Лиги, и ещё 1 в Лиге Европы против белорусского БАТЭ. Свой первый гол забил в матче Английской Премьер-лиги против «Вулверхэмптона», а второй гол забил против «Астон Виллы». Третий мяч был забит в матче Лиге Европы против того же АЕКа в ответной игре. Свой третий гол в Английской премьер лиге, забил в матче против «Бирмингем Сити».

Болельщики «Эвертона» высоко оценили игру Динияра Билялетдинова в октябре. В опросе на официальном сайте «Эвертона» поклонники ливерпульского клуба большинство голосов отдали за российского полузащитника, который в октябре в двух матчах с «Вулверхэмптоном» и «Астон Виллой» забил по голу. Обе встречи завершились со счетом 1:1. Билялетдинов получил награду на домашнем стадионе «Эвертона» — «Гудисон Парке».

Сезон 2010/2011 Динияр начал не самым лучшим образом, прочно осев на скамейке запасных. Шанс вернуться в основу предоставился Билялетдинову в январе после ухода из команды Стивена Пинара. 22 января 2011 года открыл счет своим голам в сезоне 2010/2011 в матче против «Вест Хэма», а 5 февраля отдал и первую голевую передачу в сезоне в матче с «Блэкпулом». 9 апреля забил красивейший гол в девятку, поразив ворота «Вулверхэмптона».

Сезон 2011/2012 Динияр начал в статусе основного игрока команды, систематически выходя на поле в матчах чемпионата Англии, однако вскоре опять стал оставаться в запасе. В декабре Билялетдинов выразил желание сменить клуб, так как остро нуждается в игровой практике перед чемпионатом Европы 2012 года.

23 января 2012 года московский «Спартак» сообщил о достигнутой договорённости с «Эвертоном» по переходу Динияра, предполагаемая сумма трансфера составила по разным данным от 2 до 6,7 млн евро. Владелец «Спартака», Леонид Федун, заявил, что сумма трансфера за Динияра составила 6,5 млн евро.

29 января подписал со «Спартаком» долгосрочный контракт. Позже написал в своём Твиттере, что будет выступать под номером «25». 31 января был представлен в форме «Спартака».

5 марта дебютировал за «Спартак» в чемпионате России в игре против «Рубина». 6 мая в матче против «Зенита» забил свой первый мяч за «Спартак» (победа «Спартака» в гостях со счётом 3:2).

Билялетдинов не попал в заявку на чемпионат Европы 2012 года из-за того, что в играх выглядел посредственно, либо сидел в запасе. Он проиграл конкуренцию на левом фланге атаки Аршавину и Кокорину.