Фамилия Бартылова — женская форма, а её мужской вариант — Бартылов. С точки зрения словообразования это типичная русская фамилия на -ов, указывающая на принадлежность: «чей?» — «сын Бартыла». Основа здесь — прозвище или неканоническое имя Бартыл. Разбирать её стоит не с корня, а с необычного суффикса -ыл, который в русской антропонимии встречается редко.

Вероятнее всего, Бартыл — это производная форма от имени Бартоломей (русский аналог Варфоломей). В народной речи западноевропейское «Бартоломео» или польское «Bartłomiej» сокращали до Бартыл или Бартыло, отбрасывая конец. Такая модель типична: Яков → Якуш → Якушев, Бартоломей → Бартыл → Бартылов. Суффикс -ыл мог возникнуть под влиянием диалектного произношения или как вариант адаптации польского «ł» (твердое л), которое в русских говорах передавали как «ыл».

Менее правдоподобна версия, связывающая фамилию с тюркским словом «бартыл» — в некоторых тюркских языках так называют вид топора или тесака. Однако для фамилии, оканчивающейся на -ов, такая основа нетипична: тюркские прозвища, как правило, давали без суффикса принадлежности или с суффиксом -ин. Кроме того, географически фамилия Бартылов встречается в основном в центральных и северо-западных областях России, где тюркское влияние слабее, а вот следы польско-литовского влияния (через униатов или переселенцев) заметны.

Таким образом, предок носителей фамилии Бартылов, скорее всего, был русским или белорусом, которого в быту звали Бартыл — сокращением от церковного имени Варфоломей. В крестьянской среде такие усеченные формы были нормой, а фамилия закрепилась за его потомками. Встречается фамилия нечасто, что подтверждает её узколокальное происхождение — от одного прозвища в конкретной волости.