Фамилия Бутимбаев — одна из тех, что сразу выдают географию и этническое происхождение носителя. Её основа — тюркское мужское имя Бутимбай, которое состоит из двух частей. Первая, «бутим», восходит к глаголу со значением «завершать», «доводить до конца» или к имени Бути, которое могло быть сокращением от более длинных имён. Вторая часть — «бай» означает «богач», «хозяин», «господин». В доисламской и раннеисламской тюркской ономастике «бай» было распространённым компонентом имён-пожеланий: родители желали сыну богатства и положения. Таким образом, Бутимбай — это «завершённый (или совершенный) богач», то есть человек, достигший полноты достатка.

Фамилия образована по русской модели патронимического суффикса -ев, который присоединялся к тюркским основам, оканчивающимся на мягкий согласный или -й. В данном случае исходная форма — Бутимбай, и фамилия буквально значит «сын Бутимбая». В казахской и башкирской среде такие фамилии часто фиксировались в документах XIX — начала XX века, когда проводилась массовая русификация имён. До этого у казахов и других кочевых народов фамилий в современном понимании не было, их заменяли родовые имена (ру, тайпа) и отчества.

Географически фамилия наиболее характерна для Казахстана, особенно для западных и южных регионов, а также встречается среди башкир и татар. В России носители Бутимбаева расселены преимущественно в Оренбургской, Челябинской областях и в Башкортостане. Встречается вариант написания с одной «м» — Бутибаев, но он менее распространён и может быть результатом упрощения при записи в советских паспортных столах.

Сословно предки Бутимбаевых, скорее всего, относились к категории «казахов» или «башкир» — то есть не были ни дворянами, ни крепостными крестьянами. В Российской империи кочевое и полукочевое население имело особый статус: оно облагалось ясаком, но не знало крепостного права. Основным занятием было скотоводство, а в оседлых районах — земледелие. Само имя Бутимбай могло принадлежать уважаемому в роду человеку — аксакалу или батыру, чьё имя закрепилось за потомками.

С точки зрения словообразования, фамилия Бутимбаев — типичный пример гибридной модели: тюркское имя + русский суффиск, и это сразу отличает её от фамилий, образованных от чисто русских прозвищ. Если сравнивать с однокоренными, то можно вспомнить фамилии Бутимов, Бутиков (от имени Бутим без «бая») или Бутимбай — как более редкий вариант без суффикса, но в русском языке он почти не встречается. Таким образом, фамилия Бутимбаев — не случайный набор звуков, а точный маркер происхождения из среды, где тюркские имена переплавились с русской административной традицией.