Всю игровую карьеру провел в московском «Динамо», сыграл в чемпионатах СССР 588 матчей. Один из самых неуступчивых защитников советского хоккея. С 1976 года выступал за сборную СССР. Олимпийский чемпион -1984, шестикратный чемпион мира. С 1988 работает тренером, помощником Юрия Моисеева в «Динамо». Стал первым российским тренером, приглашённым для работы в НХЛ, где в 1993–1997 годах работал ассистентом главного тренера в «Виннипег Джетс». В 1997–2004 годах — главный тренер «Динамо (Москва)», с которым выиграл золото чемпионата страны, с перерывом на один сезон в швейцарском «Лугано». Руководил сборной России на Кубке мира 2004 года. С 2004 года в — «Ак Барсе», где трижды выиграл чемпионат России и два раза Кубок Гагарина. С 2011 года — главный тренер сборной России, которую готовил к олимпийским играм в Сочи. Под его руководством сборная России выиграла чемпионат мира 2012 года, но после провала на Олимпиаде Билялетдинов оставил свой пост и вернулся в «Ак Барс». Сначала — на пост генерального менеджера, а затем и на тренерскую скамейку. 22 апреля 2018 года «Ак Барс» в третий раз стал обладателем Кубка Гагарина, в финальной серии одолев ЦСКА. Таким образом Билялетдинов стал вторым тренером после Олега Знарка, который выигрывал Кубок трижды. В отличие от Знарока, Билялетдинов сделал это с одной командой. Однако уже через год Билялетдинов ушёл в отставку после раннего вылета из очередного розыгрыша КХЛ.
