Фамилия Бартулев — редкая и сложная для однозначного толкования. Её основа — Бартуль — не встречается в современном русском языке как самостоятельное слово, поэтому о происхождении можно говорить только предположительно, опираясь на ономастические параллели.

Наиболее вероятная версия связывает фамилию с крестильным именем Варфоломей, которое в народной речи давало множество сокращённых и переделанных форм: Варфоломка, Фома, Бартоломей, Бартуль. Усечение начального «В» — распространённое явление в русской диалектной среде (ср. Акулина из Акилина, Ларион из Иларион). В таком случае Бартуль — это разговорный вариант имени Варфоломей, а Бартулев — «сын Бартуля», то есть потомок человека, носившего это имя в быту. Суффикс -ев указывает на патронимическую модель, типичную для русских фамилий, образованных от основ на мягкий согласный.

Менее убедительна, но возможна версия о прозвищном происхождении. В некоторых западных и южных говорах «бартуль» могло означать нечто связанное с бородой (ср. диалектное «бартуха» — бородач) или с неуклюжим, медлительным человеком (от «барт» — топор, тяжёлый предмет). Однако письменных подтверждений такого прозвища в исторических источниках нет, и версия с именем Варфоломей выглядит предпочтительнее.

Географически фамилия Бартулев встречается крайне редко, в основном в центральных и северных областях России, что косвенно поддерживает версию об имени: именно в этих регионах имя Варфоломей было более употребительно в крестьянской среде до XVIII века. В польской или белорусской ономастике фамилия Бартуль (Bartul) встречается чаще, но там она обычно восходит к краткой форме имени Бартоломей (аналог Варфоломея). Русский вариант Бартулев, скорее всего, имеет ту же корневую основу, но оформлен по русской патронимической модели.

Таким образом, носитель фамилии Бартулев, вероятнее всего, происходит от человека по имени Бартуль, которое было народной формой церковного имени Варфоломей. Точных сведений о сословной принадлежности предков нет, но характер фамилии (отчество, а не прозвище) и её редкость указывают на крестьянскую или мещанскую среду, где такие бытовые переделки имён были обычны.