Фамилия Бартыловы, как и большинство русских фамилий на -ов, — это отчество, отвечающее на вопрос «чей?». Она образована от личного имени или прозвища Бартыло. Основа фамилии — Бартыл-, суффикс -ов указывает на принадлежность: буквально «сын Бартыла».

Самая вероятная версия происхождения имени Бартыло — это народная форма крестильного имени Варфоломей. В русском языке имя Варфоломей, пришедшее из Византии через церковь, дало множество сокращённых вариантов: Бартоломей, Бартоломка, Бартыло. Арамейское имя Бар-Телеми означает «сын вспаханной земли» или «сын полей». Если фамилия восходит к этой основе, то предок носителя был крещён в честь апостола Варфоломея.

Словообразовательная модель здесь редкая: суффикс -ыло в основе Бартыл- (Барт + -ыл-) характерен для прозвищ и неканонических имён в северных и вологодских говорах. Именно это и порождает вторую версию: прозвище Бартыло могли дать человеку за его привычку часто говорить «барте» — диалектное вологодское слово, означающее «пожалуйста». В таком случае прозвище носило не столько именной, сколько характеризующий характер и указывало на подчёркнутую вежливость.

Третья гипотеза связывает прозвище с киргизским глаголом «бартылда» — «хрустеть». Эта версия выглядит натянутой: фамилия Бартыловы не встречается в среде тюркских народов и не фиксируется в регионах Средней Азии. Скорее всего, это случайное звуковое совпадение, и опираться на неё при этимологии русской фамилии не стоит.

Фамилия редкая, её география неширокая. Встречается в основном в Вологодской и соседних областях, что косвенно подтверждает связь с диалектным «барте» и северной традицией образования прозвищ на -ыло.