Фамилия Байтуменов образована по тюркской модели, где к основе добавляется русский суффикс принадлежности -ов. Основа распадается на два компонента: «бай» и «тумен». «Бай» в тюркских языках — «богатый, господин, хозяин», часто входило в состав имён и прозвищ как указание на статус или достаток. Вторая часть — «тумен» — многозначна. В древнетюркском и монгольском «тумен» означает «десять тысяч», а в военной организации — крупное подразделение (тьма). У ряда тюркских народов, например у казахов, «тумен» также сохраняется как личное имя.

Таким образом, Байтумен — составное тюркское имя или прозвище. Самый прямой смысл: «богатый, как тумен», то есть человек, чьё богатство или власть сравнимы с огромным военным подразделением. Возможно и более прозаичное толкование: Байтумен — имя, данное ребёнку в семье, где ценили воинскую доблесть или желали мальчику стать предводителем большого отряда. Встречаются и параллели с фамилиями Байтуганов, Байтураев, где «бай» соединяется с другими тюркскими корнями.

Фамилия редкая, её география тяготеет к регионам расселения казахов и башкир: Оренбургская, Челябинская области, Казахстан. Суффикс -ов, а не -ин, указывает на адаптацию фамилии в русской канцелярской среде в XIX — начале XX века, когда тюркские имена фиксировали по отцовскому имени с добавлением русского патронимического суффикса. Носители фамилии, скорее всего, происходят из тюркских кочевых сословий, где имя Байтумен могло быть как личным, так и родовым прозвищем. Филологически фамилия интересна тем, что сохранила архаичный военно-административный термин «тумен» в личном имени, что встречается нечасто.