Фамилия Бутилова — женская форма, но её происхождение ищут через мужскую основу Бутилов. Эта фамилия построена по простой и распространённой модели: от прозвища или имени Бутило через притяжательный суффикс -ов. Суффикс указывает на принадлежность: Бутилов буквально означал «сын Бутилы» или «человек из рода Бутилы».

Самая вероятная версия связывает основу с глаголом «бутить» — забивать, заколачивать, а также засыпать камнем или щебнем (например, мостить дорогу). Прозвище Бутило могли дать сильному, плотному человеку, который «забивал» в работе, или каменщику, мостовщику — мастеру по бутовой кладке. В говорах слово «бутило» означало ещё и толстяка, крепыша. Вторая версия, менее распространённая, выводит фамилию от канонического имени Бут (сокращение от Вукол или Будимир), но для суффикса -ило такое происхождение нетипично: в русской ономастике прозвища с этим суффиксом обычно образуются от глагольных корней (Крутило, Вертило, Бутило).

Географически фамилия Бутилов встречается в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Костромской, Архангельской губерниях, где был развит промысел бутового камня и дорожного строительства. В писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне и посадские люди с этим прозвищем, что говорит о недворянском, простонародном происхождении фамилии. Позже она могла закрепиться как за крестьянскими, так и за мещанскими родами.

Ударение в фамилии Бутилова чаще всего падает на второй слог — Бути́лова, что соответствует типичной модели для фамилий на -илов. Вариант с ударением на первый слог (Бу́тилова) встречается реже и может быть связан с местными говорами или ошибками при записи.