Фамилия Бахмутов, вероятнее всего, указывает на связь предка с городом Бахмут (ныне Артёмовск) — одним из старейших городов Донбасса. Он возник в 1571 году как пограничная «Бахмутовская сторожка», а в 1703 году по указу Петра I на этом месте построили крепость, и поселение стало городом. Основатель рода Бахмутовых мог быть уроженцем или жителем Бахмута — такая модель образования фамилий по названию места жительства типична для южнорусских и украинских земель. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын человека из Бахмута».

Существуют и другие версии. Одна из них выводит фамилию из двух тюркских или арабских корней: «Баха» (красивый, великолепный) и «Мута» (послушный, покорный). В этом случае Бахмут — сложносоставное личное имя, а фамилия означает «потомок Бахмута». Третья версия связывает имя с русским словом «бахмат» — так в старину называли боевого коня, низкорослую, но выносливую степную лошадь. Прозвище Бахмат (а затем и Бахмут) мог получить всадник, коневод или просто человек, чем-то напоминавший эту лошадь.

Из трёх гипотез топонимическая выглядит наиболее правдоподобной: фамилия Бахмутов органично вписывается в ряд русских фамилий, образованных от названий городов (Москвин, Тверитинов, Ростовцев). Тюркская версия возможна, но менее типична для этого суффикса, а версия с «бахматом» — скорее народная этимология, хотя и не лишённая оснований.