Фамилия Бухмистовы произошла от прозвища Бухмист — так в народе переиначили немецкое слово «бурмистр» (Bürgermeister). Сложное для русского произношения заимствование упростили: вместо бурмистра говорили бугмистр, бухмистр, а затем и бухмист. Немецкое Bürgermeister складывается из būr («обитатель», «крестьянин», «гражданин») и mēster («мастер», «хозяин»). В России бурмистрами называли выборных или назначенных управляющих, а при Петре I — членов Бурмистерской палаты, ведавшей посадским населением и сборами. Так что предок Бухмистовых мог служить управляющим имением, старостой или чиновником в городском самоуправлении.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Бухмист добавили патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Бухмиста). Окончание -ы во множественном числе встречается в фамилиях, которые закрепились за целым родом или ветвью.

Точное место возникновения фамилии не установлено — процесс становления русских фамилий шёл несколько столетий, и одни и те же прозвища могли независимо давать фамилии в разных регионах. Но сама основа редкая: в отличие от распространённых Бурмистровых или Бурмисторовых, вариант Бухмистов — результат живого народного искажения, что делает фамилию ярким примером того, как русский язык приспосабливал чужие слова под своё произношение.