Фамилия Бутлеровская — вариант на -ский, который указывает на дворянское или шляхетское происхождение, но не обязательно. В России такие фамилии часто получали выходцы из духовенства, а также переселенцы из Речи Посполитой. Основа здесь — топоним Бутлерово или Бутлеров. Если такой населённый пункт существовал, фамилия означает «выходец оттуда». Если нет — перед нами искусственная семинарская фамилия, образованная от фамилии реального человека.

Сам корень — Бутлер — вызывает вопросы. В русском языке слова «бутлер» нет, зато в английском butler — дворецкий. Это наводит на мысль, что фамилию могли дать в духовной семинарии в честь кого-то из западноевропейских учёных или деятелей, например, в честь химика Александра Бутлерова, чья фамилия, в свою очередь, имеет ту же английскую основу. Бутлеров — известная дворянская фамилия, и от неё по модели «Бутлеров + -ский» могла возникнуть Бутлеровская: так иногда поступали с учениками, чтобы отличить их от однофамильцев или подчеркнуть принадлежность к роду.

Другая версия — польское происхождение. В польском языке «butla» — бутыль, и «butlarz» — бондарь, изготовитель бочек. Это ремесленное прозвище могло лечь в основу названия деревни Бутлерово, а оттуда — фамилия. Но в таком случае логичнее было бы ожидать форму Бутляровский. Поэтому версия с «дворецким» через посредничество немецкого или английского языка выглядит убедительнее, хотя и необычно для русской ономастики.

Фамилия редкая. Встречается в основном в центральной России и на юге, единичные случаи. По суффиксу -ская её часто причисляют к «дворянским», но носители в XIX веке могли быть и из духовного сословия, и из мещан, получивших фамилию по месту жительства. Точных данных о сословной принадлежности нет, и гадать здесь не стоит.