Фамилия Бутбаев — редкая, и её происхождение напрямую связано с тюркскими языками и кавказским регионом. Основа фамилии — слово «бутба» или «бутбай», которое в карачаево-балкарском, кумыкском и ногайском языках означает «крупный, полный, дородный» или «грузный» (от тюркского «бут» — бедро, нога, с усилением значения). Таким образом, прозвище Бутбай давали человеку крепкого телосложения, плотному, возможно, медлительному в движениях из-за своей массивности. Суффикс «-ев» указывает на русскую модель образования фамилий: «чей?» — сын или потомок Бутбая.

Географически фамилия тяготеет к Северному Кавказу, особенно к Карачаево-Черкесии и Кабардино-Балкарии, а также встречается у кумыков Дагестана. Встречается и в среде ногайцев. В дореволюционных записях фамилия фиксировалась в разных вариантах написания: Бутбаев, Бутбай, Бутбаев-оглы, что отражает переход от патронимической системы к фамильной.

По социальному происхождению предки Бутбаевых, скорее всего, были из крестьян-скотоводов или воинов-узденей (свободных общинников) в горских обществах. Прозвище не несло негативного оттенка — скорее, описывало физическую стать и силу, которые ценились в условиях горного быта. Менее вероятная, но возможная версия связывает основу с топонимом: в Карачае есть урочище Бутбай, откуда мог пойти род.

Однокоренные фамилии встречаются и в других тюркских языках: Бутбаевых можно встретить среди башкир и татар, но там основа, вероятно, восходит к другому корню — «бут» (нога) в значении «пеший» или «скороход». Однако для кавказского ареала версия с «дородным» остаётся основной.