Фамилия Бартылевы происходит от личного прозвища Бартыл. Это типичная русская фамилия, образованная по модели «прозвище + суффикс -ев» (вариант суффикса -ов после мягкой основы). Она отвечает на вопрос «чей?»: буквально Бартылев — сын или потомок Бартыла.

Значение прозвища Бартыл — спорное, и здесь есть несколько версий, разной степени убедительности. Наиболее правдоподобной выглядит связь с тюркскими языками, а именно с киргизским глаголом «бартылда» — «хрустеть». В этом случае прозвище могли дать человеку с хрупким телосложением, маленьким ростом или худощавостью, то есть оно описывало внешность.

Вторая версия отсылает к чеченским корням: от «барт» — «уговор, согласие» или «барта» — «устно». Если это так, то Бартылом могли прозвать человека уступчивого, идущего на компромисс, либо, наоборот, хорошего оратора, который договаривался устно. Оба значения возможны, но не подтверждены дополнительными лингвистическими данными.

Менее вероятна этимология от русского диалектного слова «барте», которое в вологодских говорах означает «пожалуйста». В этом случае прозвище могло закрепиться за человеком, который часто извинялся или обращался с просьбами. Однако эта версия слабее, поскольку диалект «барте» узко локален, а фамилия Бартылевы не привязана строго к Вологодчине.

Точное время и место возникновения фамилии Бартылевы установить сложно: фамилии в русской среде складывались на протяжении нескольких столетий, и письменные источники по этой фамилии редки. Однако её структура — прозвищная основа и патронимический суффикс — указывает на то, что она сформировалась не позднее XVII–XVIII веков, в среде крестьян или служилых людей, где были распространены подобные именования по отцу.