Hilal Altınbilek, 11 Şubat 1991 tarihinde İzmir'de doğmuştur. Kosova kökenli bir aileden gelen Hilal Altınbilek, Özdemir Altınbilek ve Mehtap Elmaslı çiftinin kızıdır. Küçük yaşlardan itibaren tiyatroya ilgi duyan Altınbilek, eğitim hayatına İzmir Anadolu Dış Ticaret Meslek Lisesi'nde devam etmiştir. Lisans eğitimini ise Ege Üniversitesi İşletme Fakültesi'nde tamamlamıştır.
Oyunculuk kariyerine adım atmadan önce modellik yapan Hilal Altınbilek, Rönesans Ajans'ın düzenlediği Miss and Mr Model mankenlik yarışmasında fotomodel seçilmiştir. Oyunculuk eğitimini 2009-2010 yılları arasında İstanbul'da Müjdat Gezen Sanat Merkezi'nde, Çağdaş Drama Topluluğu ve Ali Haydar Elçığ'dan almıştır.
Hilal Altınbilek, ilk oyunculuk deneyimini 2011 yılında FOX TV'de yayımlanan Derin Sular adlı günlük dizide İrem karakteri ile yaşamıştır. 2013 yılında yine FOX TV'de yayımlanmaya başlayan ve 2016 yılında sona eren Karagül dizisinde Özlem Şamverdi karakterini canlandırarak geniş bir izleyici kitlesine ulaşmıştır. 2016 yılında Kanal D'de yayımlanan Hayatımın Aşkı adlı dizide Nil karakterine hayat vermiştir.
2018-2022 yılları arasında atv'de yayımlanan Bir Zamanlar Çukurova adlı televizyon dizisinde Züleyha Yaman karakteri ile büyük bir çıkış yakalamış ve uluslararası alanda geniş bir hayran kitlesi kazanmıştır. Bu rol, kariyerinde önemli bir dönüm noktası olmuştur. Aynı yıl, Çağan Irmak'ın yönetmenliğini ve senaristliğini üstlendiği Çocuklar Sana Emanet adlı dram-gerilim türündeki sinema filminde Yeşil karakterini canlandırarak Engin Akyürek ile başrolü paylaşmıştır.
Son olarak, 2023-2024 yılları arasında FOX/NOW'da yayımlanan Şahane Hayatım adlı dizide Şebnem Arda karakterine hayat vermiştir.
