Фамилия Бухтирова — женская форма фамилии Бухтиров, которая образована по стандартной русской модели отчества: основа плюс суффикс -ов. В центре внимания здесь не окончание, а корень — редкое и неоднозначное прозвище Бухтир.

Самая прямая версия связывает основу с глаголом «бухтеть». В русских говорах «бухтеть» означало не только «ворчать, брюзжать», но и «глухо звучать, издавать гул». Человек с прозвищем Бухтир — тот, кто постоянно недоволен, бормочет себе под нос, или же просто обладатель низкого, гулкого голоса. Суффикс -ир в прозвищах встречается нечасто, он придаёт слову оттенок носителя признака (сравните: «говорить» — «говорир» в некоторых диалектах, хотя это и не литературная норма). Таким образом, Бухтир — это не просто «тот, кто бухтит», а «тот, кто склонен бухтеть, характерный бухтила».

Менее вероятная, но возможная версия выводит фамилию из тюркских языков. В татарском и башкирском есть слово «бухтер» или близкие по звучанию корни, связанные с понятиями «подать», «налог», «сборщик податей». В этом случае прозвище Бухтир мог получить сборщик дани или человек, ведающий казной. Однако для такой версии нет устойчивой письменной фиксации в русских документах, в отличие от глагола «бухтеть», который широко представлен в диалектной лексике.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России, где слово «бухтеть» было особенно употребительно. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении прозвища в одной-двух волостях. В старину прозвище Бухтир могло закрепиться за крестьянином или ремесленником с ворчливым нравом — ирония судьбы в том, что сегодня его потомки носят фамилию, которая когда-то была личной характеристикой, а не указанием на род занятий или имя отца.