Родился 11 сентября 1920 года в деревне Жуково Смоленской губернии. После окончания семилетки и аэроклуба работал на заводе, затем получил направление в летное училище.

В 1940 году окончил Борисоглебскую военную авиационную школу и в звании младшего лейтенанта начал службу в Ленинградском военном округе.

В июле 1941 года сбил первый немецкий истребитель.

1 августа 1943 года, проведя за один день два воздушных боя, командир эскадрильи старший лейтенант Билюкин уничтожил 4 «Фокке-Вульфа-190». На его счету 430 боевых вылетов, он сбил 23 и в группе — 1 самолет противника.

В 1957 году окончил Военно-воздушную академию.

В 1966 году полковник Билюкин вышел в отставку.

Жил и работал в Москве.

А. Д. Билюкин умер 24 октября 1966 года.

Герой Советского Союза (02.11.1944).

Награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Александра Невского, Отечественной войны 1-й степени, тремя орденами Красной Звезды, медалями.