Urodził się w rodzinie oficera artylerii i nauczycielki. Od 1912 uczył się w szkole realnej w [[Samara|Samarze]], a od 1913 w [[Smoleńsk]]u (do 1918). W 1919 wstąpił ochotniczo do [[Armia Czerwona|Armii Czerwonej]], służył w sztabie 16 Armii, w 1921 został skierowany do Smoleńskiego Zmilitaryzowanego Instytutu Politechnicznego Frontu Zachodniego, następnie studiował w Instytucie Górniczym w Piotrogrodzie. W 1923 zorganizował syberyjską sekcję naukowego studenckiego kółka geologicznego i stanął na jegojej czele. W 1925 wziął udział w ekspedycji zajmującej się poszukiwaniem rzadkich metali w [[Chakasja|Chakasji]]. Po ukończeniu instytutu w 1926 pracował jako geolog w truście Ałdanszołoto, badał regiony północno-wschodniego ZSRR, dotąd słabo poznane. W 1928 zainicjował pierwszą [[Kołyma|kołymską]] ekspedycję Geologicznego Komitetu (Geołkomu), odegrał główną rolę w odkryciu złóż złota na północnym wschodzie ZSRR. W 1931 zwrócił się do Pracy Pracy i Obrony ZSRR z projektem przemysłowego zagospodarowania Kołymy i wydobywania tam złota; w związku z tym Biuro Polityczne KC [[WKP(b)]] na posiedzeniu z 11 listopada 1931 przyjęło projekt "O Kołymie"<ref>http://higeo.ginras.ru/view-record.php?tbl=person&id=40</ref>. Dwa dni potem Rada Pracy i Obrony ZSRR przychylając się do pomysłu Bilibina postanowiła o zorganizowaniu państwowego trustu budownictwa drogowego i przemysłowego w rejonie Wysokiej Kołymy nazwane [[Dalstroj]]em, a w 1932 Bilibin został zastępcą szefa sektora technicznego Dalstroju. Po zwolnieniu go z tego stanowiska od stycznia 1934 do 1935 pracował [[Jakucja|jakuckim]] oddziale trustu Zołotorazwiedka, następnie wrócił do Leningradu, gdzie pracował w Instytucie Górniczym. Był również pracownikiem Wszechzwiązkowego Instytutu Geologicznego<ref>http://bse.sci-lib.com/article116823.html</ref>. W 1938 został włączony w skład komisji [[NKWD]] i skierowany do dyspozycji Głównego Zarządu Budownictwa Północy (byłego Dalstroju), od 1938 pracował w zreorganizowanym Geołkomie, w Centralnym Naukowo-Badawczym Instytucie Naukowo-Geologicznym, przemianowanym w 1939 na Wszechzwiązkowy Naukowo-Badawczy Instytut Geologiczny. Podczas [[front wschodni (II wojna światowa)|wojny z Niemcami]] zajmował się organizacją przemysłu wydobycia złota jako główny geolog trustu Uzbekzołotoriedmiet i od 1943 trustu Gławzołoto w [[Moskwa|Moskwie]]. W 1943 otrzymał tytuł doktora nauk geologiczno-mineralogicznych, 4 grudnia 1946 został członkiem korespondentem Akademii Nauk ZSRR, pracował na Wydziale Geologicznym Leningradzkiego Uniwersytetu Państwowego. W 1946 otrzymał [[Nagroda Stalinowska|Nagrodę Stalinowską]] I stopnia i [[Medal „Za ofiarną pracę w Wielkiej Wojnie Ojczyźnianej 1941–1945”]].
