Фамилия Бурлыга — один из тех случаев, когда прозвище перешло в наследственное именование почти без изменений, сохранив исходный суффикс -ыг(а). В русской антропонимии такие формы характерны для прозвищ, подчёркивающих особенность поведения или внешности: от глагола «бурлыкать» — издавать невнятные, ворчливые звуки, урчать, булькать. Человек, которого в быту называли Бурлыгой, скорее всего, обладал густым низким голосом, имел привычку говорить себе под нос или постоянно ворчать. В некоторых диалектах «бурлыка» означала также неспокойного, непоседливого человека — того, кто «бурлит» без остановки.

Модель образования проста и архаична: основа глагольного происхождения плюс суффикс -ыг-/-иг-, который в русских фамилиях встречается редко. Сравните: Брылыга (от «брылять» — шататься), Телепыга (от «телепаться» — болтаться), Кувылыга (от «кувылять» — хромать). Такие фамилии обычно закреплялись за крестьянами и посадскими людьми в северных и центральных губерниях, где прозвищная традиция сохранялась дольше. Фамилия Бурлыга не получила «дворянского» оформления через суффиксы -ов/-ев, что указывает на её непривилегированное происхождение.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинско-белорусским областям. В украинском языке «бурлити» — кипеть, бурлить, отсюда же «бурлака» (бродяга, работник на судах), но Бурлыга — не то же самое: это именно звукоподражательное прозвище, а не социальный термин. Встречаются и варианты написания через «о» — Борлыга, что может отражать местное аканье или описку в документах.

В ономастических словарях фамилия не описана подробно, но её прозрачная внутренняя форма не оставляет сомнений: предок носителя фамилии получил её за манеру речи или за беспокойный нрав. Никакой связи с тюркскими корнями (где «бурлы» могло бы означать «меловой» или относиться к топониму) не прослеживается — это чисто славянское прозвище, образованное от живого глагола.