Ege Üniversitesi İşletme Fakültesi’nde okurken oyunculuğa başladı. Bir güzellik yarışmasında ilk 5’e girdi ve fotomodel oldu. 2009-2010 yılları arasında İstanbul'daki Müjdat Gezen Sanat Merkezi'nde oyunculuk eğitimi aldı. Ayrıca Çağdaş Drama Topluluğu ve Ali Haydar Elçığ'dan oyunculuk eğitimi aldı. Oyunculuk kariyerine 2011 yılı yapımı Derin Sular adlı dizi ile başlayan Altınbilek, Şükrü Özyıldız ile başrolde yer aldı. 2013 yılında yayınlanmaya başlayan Karagül dizisinde Özlem karakterini canlandırdı ve Ece Uslu, Şerif Sezer ve Mesut Akusta ile başrolleri paylaştı. Hilal Altınbilek bu dizi ile tanınan oyunculardan birisi oldu. 2016'da Hayatımın Aşkı adlı dizide Nil adlı rolde oynadı. 2018'de Çağan Irmak'ın yönetmen ve senaristliğini üstlendiği Çocuklar Sana Emanet adlı dram-gerilim türündeki sinema filminde Engin Akyürek ile başrolde yer aldı. Aynı yıldan itibaren Tims Productions yapımı Bir Zamanlar Çukurova adlı televizyon dizisinde Züleyha karakterini canlandırmaya devam etmektedir.