Фамилия Бертилеу — редкая и нестандартная для русского слуха. В ней нет привычных славянских суффиксов -ов, -ин или -ский, что сразу указывает на иноязычное происхождение. Скорее всего, перед нами фамилия-калька или транслитерация, попавшая в русский язык из романских языков, вероятнее всего — из румынского или молдавского. В румынском языке фамилия Bărtileu или Bertileu могла возникнуть от личного имени или прозвища, восходящего к венгерскому Bertalan (аналог русского Варфоломей). Венгерское влияние на молдавскую ономастику исторически велико, особенно в северных и центральных районах Молдовы.

Другая, менее вероятная версия связывает основу с французским Bertille — женским именем, которое в форме фамилии могло закрепиться за переселенцами. Однако для русскоязычной среды более типичен румынский след: суффикс -еу (в румынском -eu) — показатель фамилий, образованных от имени отца или рода. Например, румынские фамилии типа Ionescu, Popescu строятся по той же модели: основа + -eu. Бертилеу, таким образом, может значить «потомок Бертила» или «из рода Бертила». Исходное имя Бертил — сокращение от того же Берталан.

Написание фамилии с буквой «у» на конце (Бертилеу) — это русская передача румынского окончания -eu, которое в оригинале читается как «-еу» с ударением на последний слог. Встречаются варианты Бертиляу, Бертилёу, но именно форма через «е» — самая частая в документах на русском. Географически фамилия тяготеет к Молдове и западной Украине (Черновицкая область), откуда носители могли переселиться в другие регионы СССР.

Никаких известных дворянских родов или массовых сословных групп с этой фамилией не зафиксировано — скорее всего, предки были крестьянами или мещанами, получившими фамилию при паспортизации в XIX веке. Споров по этимологии почти нет: версия о румынском происхождении от венгерского имени считается основной, так как она объясняет и суффикс, и ареал бытования.