Фамилия Бартельс — одна из тех, что пришли в Россию вместе с немецкими колонистами и мастерами, приглашёнными на службу в XVIII–XIX веках. Её происхождение прозрачно: это патроним, то есть фамилия, образованная от личного имени. В основе лежит немецкое имя Barthel, которое является краткой формой имени Bartholomäus — русского Варфоломея. Суффикс -s в немецкой модели фамилий указывает на принадлежность: «Бартельс» буквально значит «сын Бартеля» или «из рода Бартеля».

Строение фамилии простое: корень Barthel (с утратой h перед s) плюс притяжательный суффикс -s. В немецкой ономастике такая модель распространена в северных и центральных землях, особенно в Нижней Саксонии, Шлезвиг-Гольштейне и Ганзейских городах. Там фамилии на -s (например, Петерс, Мейерс, Якобс) встречаются чаще, чем на юге, где преобладают формы на -er или -el. Поэтому Бартельс — характерный северогерманский вариант, а не южнобаварский.

В Россию фамилия попала несколькими волнами. Первая — при Петре I и Екатерине II, когда в страну приглашали ремесленников, аптекарей, офицеров и учёных. Второй поток — немецкие колонисты, основавшие поселения в Поволжье и на юге Украины. В метрических книгах лютеранских приходов Санкт-Петербурга, Москвы и Самары фамилия Бартельс фиксируется с конца XVIII века. Носители её были преимущественно горожанами: часовщики, пекари, учителя, врачи. Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не отмечено — это фамилия бюргерская, цеховая.

В написании вариантов почти нет: Бартельс, реже Бартельз (калька с немецкого Barthols). В дореволюционных документах встречается двойное «л» — Бартелльс, но это скорее канцелярская описка. Ударение в русском языке обычно падает на первый слог: Ба́ртельс, хотя в немецком оригинале ударение может смещаться на второй слог в зависимости от диалекта.

Интересная деталь: в отличие от многих немецких фамилий, которые в России обрусели и получили русские суффиксы (например, Бартельсов), форма Бартельс сохранилась в исходном виде. Это говорит о том, что носители фамилии долго держались своей общины и языка, не сливаясь с крестьянским окружением. В советское время фамилия не была редкой, но и не стала массовой — сегодня её можно встретить в Санкт-Петербурге, Калининграде, Саратове и в городах Сибири, куда немцев выселяли в 1940-е годы.