Фамилия Буртилёва — женская форма фамилии Буртилёв, и её разбор стоит начать с суффикса, который сразу выдает её географию и социальный контекст. Суффикс -ёв (фонетический вариант -ев после мягких согласных и шипящих) указывает на русское происхождение, причем чаще всего — из северных и центральных областей, где форма на -ёв была особенно распространена в крестьянской среде. В отличие от более аристократичного -ов, -ёв нередко встречался у людей, чьи предки носили прозвища с уменьшительными или экспрессивными суффиксами, которые затем и легли в основу фамилии.

Основа — «Буртил» — скорее всего, производное от слова «бурта» или «буртить». В русских говорах «бурта» означала кучу, вал, обычно сыпучего материала (зерна, овощей, земли). Отсюда глагол «буртить» — сгребать в кучу, валить, а также, в переносном смысле, — бормотать, ворчать. Прозвище Буртило могли дать либо человеку, который работал с зерном или землей (например, ссыпал урожай в бурты), либо тому, кто постоянно что-то невнятно бурчал себе под нос. Фамилии на -ило (Буртило, Буртила) — характерная черта древнерусских прозвищ, часто фиксировавших привычку или занятие.

Альтернативная версия связывает основу с диалектным «буртать» — шататься, бродить без дела, что могло закрепиться за непоседливым человеком. Однако первое значение — с буртами и ворчанием — выглядит более убедительным, поскольку такие прозвища чаще переходили в фамилии у земледельцев и ремесленников.

Фамилия Буртилёва (и её мужской вариант Буртилёв) встречается редко, преимущественно в документах XIX–XX веков по Тверской, Ярославской и Вологодской губерниям. Это не дворянская фамилия — она не попала в «Бархатную книгу» или списки столбового дворянства. Её носители, скорее всего, были крестьянами или мещанами, а само прозвище — бытовым, без претензий на знатность. В современной России фамилия сохраняется, но остаётся малочисленной, что делает её интересным объектом для локальных генеалогических изысканий.