Фамилия Бутрамьев — редкий случай, когда основа не очевидна на первый взгляд, а суффикс указывает на конкретный регион. Модель образования здесь — притяжательное прилагательное с суффиксом -ев, который крепится к мужскому прозвищу или имени Бутрам. Это сразу говорит о том, что фамилия сложилась в среде, где патроним (отчество) перешел в наследную фамилию, скорее всего, в XVI–XVII веках.

Корень Бутрам- — самое интересное. Вероятнее всего, это искаженное или диалектное произношение тюркского имени Бутрам (или Бутран), которое восходит к арабскому «батран» — «дерзкий», «отважный». В русских говорах, особенно на юге и в бывших «диких полях», тюркские имена часто переделывались на слух: конечное -н могло перейти в -м под влиянием местного произношения или фамильных суффиксов. Менее вероятная, но не исключенная версия — связь с прозвищем от слова «бутра» (так в некоторых говорах называли холм, бугор, а также нечто вздутое, толстое). Тогда Бутрам — человек с холма или коренастый, плотный.

Географически фамилия тяготеет к зоне расселения, где смешивались русские и тюркские элементы: верховья Дона, Среднее Поволжье, возможно, бывшая Казанская губерния или земли рязанской «украины». Суффикс -ев, а не -ин, указывает на основу, оканчивающуюся на согласный или мягкий знак — это стандартно для прозвищ, а не для церковных имен. В официальных документах XIX века носители Бутрамьевых, если и встречались, то скорее в среде однодворцев или государственных крестьян — сословий, где фамилии закреплялись позже и часто фиксировали именно прозвища, а не крестильные имена.

С точки зрения словообразования, фамилия уникальна тем, что не имеет массовых «родственников» вроде Бутрамов или Бутраков — это единичная модель. Если и существует параллельная форма Бутрамьев с ударением на первом слоге, она может указывать на исходное имя Бутрам, где ударение падало на первый слог (по тюркской модели).