Фамилия Бахтерев происходит от прозвища Бахтерь. В его основе лежит глагол «бахтеть» или «бахтить» — «бахвалиться, важничать». Однако более убедительной выглядит связь с уральским словом «бахтерить», что значит «любить, ухаживать, гулять». На это указывает целый ряд родственных слов, записанных на Урале: «бахтер» — «любовник, ухажёр», «бахтерка» — «любовница», «бахтёр» — «поклонник», «бахтёрка» — «возлюбленная». Таким образом, прозвище Бахтерь, скорее всего, давали человеку, который любил ухаживать, был дамским угодником или имел бурную личную жизнь.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный или ц. В данном случае это притяжательное прилагательное, отвечавшее на вопрос «чей?»: сын Бахтеря — Бахтерев.

Ранние документальные записи фамилии относятся к Уралу. По переписи 1719 года в деревне Колмогоровой (приход села Черемховского) жили крестьяне Трифон Тимофеевич Бахтерев с сыновьями Яковом и Егором, а также Федор Лазаревич Бахтерев (пасынок бобыля). Ко второй ревизии 1745 года в той же деревне проживали Петр Федорович Бахтерев с сыном Максимом, Карп Яковлевич Бахтерев с сыновьями и его брат, отставной драгун Иван Яковлевич Бахтерев. Это указывает на то, что фамилия была прочно закреплена за крестьянским сословием Среднего Урала. Позднее Бахтеревы встречаются в Каменском районе Свердловской области (Екатеринбург).