Фамилия Бухгольц — одна из тех, чьё происхождение лежит не в русском, а в немецком языковом и географическом пространстве. В основе фамилии лежит конкретный топоним — название нескольких населённых пунктов в Германии, самый известный из которых — Бухгольц (Buchholz) в земле Мекленбург-Передняя Померания, входящий в состав района Мюриц. Площадь этой коммуны составляет 15,17 км², и именно от неё, скорее всего, и пошла фамилия. Предок носителя фамилии мог быть выходцем из этого места или долгое время там проживать, а затем переселиться в Российскую империю, где фамилия закрепилась в документах.

Сам топоним Бухгольц — составное слово, и его разбор даёт две основные версии, связанные с занятиями первых жителей. Первая часть, «Buch», может означать «книга», а вторая, «Holz», — «древесина», «лес». Отсюда две возможные трактовки: либо поселение возникло как центр обработки леса (лесной посёлок), либо его жители занимались книгопечатанием и переплётным делом, что в средневековой Германии было тесно связано с бумагой и деревом. Вторая версия менее распространена, но не лишена оснований: в немецких землях действительно были поселения, где ремесленники работали с бумагой и книгами.

Словообразовательная модель фамилии проста: это чистая транслитерация немецкого топонима без добавления русских суффиксов. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий на -ов, -ев или -ин, Бухгольц осталась «неадаптированной» — сохранила форму немецкого названия. Это характерно для фамилий немецких колонистов и офицеров, приглашённых на русскую службу в XVII–XVIII веках. Многие из них не меняли окончания, и фамилия указывала не на родство с конкретным человеком, а на место выхода.

Среди наиболее известных носителей — Иван Дмитриевич Бухгольц, подполковник русской службы. В 1714 году Пётр I отправил его во главе военной экспедиции в Бухару с задачей разыскать золотые россыпи у Амударьи. Эта экспедиция, хоть и не достигла прямой цели, сыграла роль в укреплении русского влияния в Сибири и на южных рубежах. Фамилия Бухгольц, таким образом, связана не только с немецкими корнями, но и с историей освоения русских земель.