Фамилия Болтрамеев — редкая, и её разбор начинается не с корня, а с необычной суффиксальной модели. В русских фамилиях суффикс -еев обычно присоединяется к основам на -ей (Андрей → Андреев, Еремей → Еремеев). Здесь же основа оканчивается на -ам, что наводит на мысль: перед нами не исконно русская модель, а адаптация иноязычного имени или прозвища. Наиболее вероятно, что в основе лежит крестильное имя Варфоломей (от арамейского «сын вспаханной земли»). В народном произношении оно давало множество вариантов: Болтрамей, Бахрамей, Болтомей. Фамилия Болтрамеев буквально значит «потомок Болтрамея». Форма с -еев вместо ожидаемого -ьев (как в Варфоломеев) указывает на то, что имя бытовало в устной речи как Болтрамей, где конечное -ей дало стандартный патронимический суффикс.

Вторая версия, менее распространённая, выводит фамилию из прозвища. В некоторых говорах «болтрам» или «болтрым» могло означать болтуна, пустомелю — человека, который «мелет языком». Однако эта гипотеза слаба: слово не зафиксировано в диалектных словарях как устойчивое, а фамилия с таким значением скорее приняла бы форму Болтрамов (с суффиксом -ов) или Болтрымов. Суффикс -еев чётко указывает на происхождение от личного имени, а не от нарицательного прозвища.

Географически фамилия привязана к центральным и южнорусским областям, где имя Варфоломей в народной форме «Болтрамей» было особенно употребительно. Это крестьянская фамилия, возникшая не в дворянской среде, а в среде, где имя сокращали и переиначивали до неузнаваемости. Её редкость говорит о том, что прозвищная форма не стала массовой, а закрепилась в одном-двух родах. Сословная принадлежность носителей — скорее всего, крестьяне или однодворцы, так как фамилии на -еев от имён в просторечной форме типичны именно для этих слоёв.

С точки зрения словообразования фамилия показательна: она демонстрирует, как церковное имя, пройдя через живую речь, обрастает местными суффиксами и звуковыми изменениями. «Бол-» вместо «Вар-» — результат аканья и замены начального взрывного на более простое, а «-трамей» вместо «-фоломей» — сокращение четырёхсложного имени до трёх слогов. Такие фамилии — ценный материал для историка языка, показывающий механизмы народной этимологии.