Şarkının Hikayesi Michael Jackson'ın biyografisini yazan J. Randy Taraborrelli, The Magic & The Crazy, The Whole Story'de, “Billie Jean”in, Michael'ın 1981'de karşılaştığı gerçek bir yaşam deneyiminden üretildiği teorisini öne sürer. Michael Jackson'a bir kızın bir mektup yazdığını ve çocuğunun babası olduğunu iddia etmiştir. Michael bu tür mektupları düzenli olarak alıp ve onları görmezden gelirdi. Ancak bu kadın Jackson'a giderek daha fazla mektup göndermeye devam eder, ayrıca onu sevdiğini ve iddia edilen çocuğu büyüterek birlikte mutlu bir çift olacaklarını belirtir. Jackson'ın kendi etini ve kanını nasıl görmezden gelebileceğini düşünmesi üzerine, yazılan mektupların Michael’ı için çok rahatsız etmesine ve kabuslar görmesine yol açıyordu.
Bir gün Michael, içinde resmi, silahı ve mektubu olan bir paket aldı. Mektubunda, Michael'dan belirli bir gün ve belirli bir zamanda kendini öldürmesini ve bebeklerini öldürdükten sonra da aynısını yapmasını istenmiştir. Bu hayatta birlikte olamazlarsa, bir sonrakinde olacaklarını yazar. Michael dehşete kapılmıştı ve bu kadın hakkında nadiren konuşuyordu ama bu istenmeyen ilgiyle baş etmekte çok zorlanıyordu, şarkı onun duygularını doğrudan ona hitap etmeden ifade etme yoluydu. Michael Jackson, Moonwalk'ta "Billie Jean" hakkında konuşurken şunları söyler: "Bir müzisyen hit malzemeyi bilir. Doğru hissetmek zorunda. Her şey yerinde hissetmek zorunda. Sizi tatmin eder ve kendinizi iyi hissetmenizi sağlar. Duyduğunuzda anlarsınız. 'Billie Jean' hakkında böyle hissettim. Yazarken büyük olacağını biliyordum. O şarkıya gerçekten bayıldım. Bir gün, bir kayıt seansına ara verildiğinde, o sırada benimle birlikte çalışan Nelson Hayes ile Ventura Freeway'den aşağı iniyordum. Kafamın içinde 'Billie Jean' dolaşıyordu ve tek düşündüğüm buydu. Otoyoldan iniyorduk ki motosikletli bir çocuk bize yaklaşıp 'Arabanız yanıyor' diyor. Aniden dumanı fark ettik ve kenara çektik ve Rolls-Royce'un altı alevler içindeydi. O çocuk muhtemelen hayatımızı kurtardı. Araba patlasaydı, ölebilirdik. Ama kafamda uçuşan bu melodiye o kadar kapılmıştım ki, daha sonraya kadar korkunç olasılıklara bile odaklanmadım.”
Şarkı standart bir davul ritmi ile birlikte standart bir hi-hat ile açılır ve daha sonra bir çalkalayıcı ile iki bara katılır. İki çubuk daha sonra tekrarlayan bir bas çizgisi girer. Tonikten her geçtiğinde, nota bozuk bir synth bas ile ikiye katlanır. Bu eşlik, derin bir reverb ile staccato çalınan tekrarlayan üç notalı bir synth tarafından takip edilir. Tanımlayıcı akor ilerlemesi daha sonra belirlenir. Jackson'ın sessiz vokalleri, ritim ve akor ilerlemesi tekrarlanırken dizeler boyunca gelip giden bir parmak şıklaması eşliğinde içeri girer. Tuşları çalan Greg Phillinganes şarkı hakkında şunları söyledi: "'Billie Jean' her seviyede sıcak. Ritmik olarak sıcak. Ses açısından sıcak, çünkü enstrümantasyon çok az, gerçekten her şeyi duyabiliyorsunuz. Melodik olarak sıcak... lirik olarak ve vokal olarak. Sizi fiziksel, duygusal ve hatta ruhsal olarak etkiler."
Jones'a göre Jackson, Jon ve Vangelis'in "State of Independence" şarkısının notlarını „ çalar. Jones, Donna Summer'ın şarkının kapağını hazırlamıştı ve Jackson arka vokalleri seslendirmişti. Jon Anderson'a göre, "Rif'i aldılar ve 'Billie Jean' için korkak hale getirdiler... Yani bu biraz havalı, müzikteki bu çapraz tozlaşma." Daryl Hall of Hall & Oates'e göre, Jackson ona söyledi. "Billie Jean" melodisini 1981'de yayınladıkları "I Can't Go for That (No Can Do)" şarkısından almıştı. Hall ona "Ah Michael, ne umurumda? Sen çok farklı yaptın" dedi.
Inside the Hits'e göre, Billie Jean'in bir dans pistinde yarattığı kargaşaya atıfta bulunuyor. Anlatıcıyı parfümünün kokusuyla yatak odasına çekmeden önce kalabalığı baştan çıkarıcı bir tavırla cezbeder. Jackson'ın vokal aralığı yüksek bir baritondan bir falsetoya kadar uzanıyordu ve genellikle bu aralığı göstermek için melodiler yazdı. Ancak, "Billie Jean" dizelerinde vokalleri tenordan düşük falsetoya kadar değişir. Koroda dört notalı bir falsetto sergileniyor ve son satırda Jackson tam bir oktavda zirve yapıyor. Dakikada 117 vuruşluk bir tempoya sahip olan şarkı, Fe minör tonundadır. İlk korodan sonra, hem üçüncü hem de daha sonra dördüncü mısraların başında çello benzeri bir sentez başlar. Bebeğin gözlerinin anlatıcınınkine benzediği duyurulduğunda, bir ses "oh hayır" diye yakınır. Bu, Jackson'ın imzası olan falsetto "hee hee" ile karşılanır. Köprü telleri ilk kez başlatır ve iki satır ve koroya giden bir akor dışında bir pedal tonu toniği tutar. Kemanlar daha sonra çalınır, ardından dört notalı bir minör gitar bölümü gelir. Gitar bölümünde vokal bağırışlar, çığlıklar ve kahkahalar eklenir. Bunun boyunca, akor ilerlemesi değişmeden kalır ve Jackson'ın vokal hıçkırıklarıyla bağlanır. Tüm müzikal ve vokal unsurlar daha sonra son koroda bir araya getirilir. Yavaş yavaş, Jackson anlatıcının Billie Jean'in çocuğuna babalık yapmadığını inkar ediyor.
Jackson, "Billie Jean"in kendisinin ve kardeşlerinin Jackson 5 olarak performans sergilerken karşılaştıkları gruplara dayandığını söylemiştir. "Sahne arkasına takılırlardı ve şehre gelen herhangi bir grupla ilişki kurarlardı ve sanırım bunu küçükken kardeşlerimle yaşadığım deneyimden yola çıkarak yazdım. Dışarıda bir sürü Billie Jeans vardı. Her kız, oğlunun kardeşlerimden biriyle akraba olduğunu iddia etti.”
Sonunda, Jackson, fanın bir fotoğrafını, bir silahı ve belirli bir zamanda ölmesini söyleyen bir mektup içeren bir paket aldı. Hayran, "kendi" bebeğini öldürdükten sonra aynı şeyi yapardı, böylece "sonraki hayatta" birlikte olabilirlerdi. Jackson, annesini dehşete düşürerek, kadının fotoğrafını çerçeveletti ve aile evlerinin yemek masasının üzerine asar. Jackson'lar daha sonra, fanın bir akıl hastanesine gönderildiğini keşfettiler.