Фамилия Бахтилина — женская форма фамилии Бахтилин, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. Модель на -ин указывает на принадлежность: Бахтилин буквально означает «сын (или потомок) Бахтилы». Это типичная русская патронимическая фамилия, образованная от прозвища или имени, которое в основе имеет тюркское или арабское слово. Суффикс -ин здесь говорит о древности: такие фамилии чаще всего складывались в северных и центральных областях России, где не было массового распространения дворянских -ов/-ев.

Корень «Бахтил» восходит к арабскому имени Бахтияр (بختيار), что переводится как «счастливый», «удачливый» или «обладатель удачи». В тюркских языках, особенно у татар, башкир и казахов, это имя было распространено в формах Бахти, Бахтил или Бахта. Прозвище Бахтила могли дать человеку, которого считали везучим, или же так называли младшего сына в семье — как пожелание счастливой судьбы. В русских говорах слово «бахтила» иногда употреблялось в значении «хвастун» или «говорун» (от глагола «бахтиться» — хвастаться), но эта версия менее вероятна: фамилия с таким корнем чаще тянется к восточному имени, а не к диалектному прозвищу.

Географически фамилия Бахтилин встречается в Поволжье и на Урале — регионах, где веками жили татары, башкиры и русские, перенимавшие друг у друга имена и прозвища. В документах XVII–XVIII веков, например, в переписных книгах Казанского уезда, упоминаются Бахтиловы и Бахтияровы — однокоренные фамилии. Бахтилины, вероятно, вышли из той же среды: предки могли быть служилыми татарами, крестьянами или мещанами, принявшими православие и русифицировавшими фамилию. В отличие от Бахтиярова, где сохранился полный корень, Бахтилин — результат усечения: окончание «-яр» отпало, осталась основа Бахтил-.

Однокоренные фамилии — Бахтияров, Бахтигареев, Бахтизин. Все они указывают на общий источник: имя Бахтияр или его производные. Ударение в фамилии Бахтилина, скорее всего, падает на второй слог: Бахти́лина, хотя в разных семьях могли закрепиться варианты. Социальный статус предков был невысок: фамилия с суффиксом -ин в массе своей принадлежала крестьянам и посадским людям, реже — духовенству. Дворянских родов Бахтилиных в гербовниках не значится, что подтверждает её народное происхождение.