Фамилия Бутромеев — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти полностью вытеснило исходное имя. Её разгадка лежит в диалектной речи, а не в книжной. Скорее всего, перед нами форма отчества от прозвища Бутромей, а оно, в свою очередь, — народный, «просторечный» вариант крестильного имени Варфоломей. В русских говорах это имя не раз перекраивали: Бартоломей, Бахромей, Фоломей, и наконец — Бутромей. Ударение здесь падало на второй слог: Бутро́мей. Суффикс -еев указывает на типичную модель образования русских фамилий: сын Бутромея — Бутромеевы.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с диалектным словом «бутро» — так в некоторых регионах называли живот, брюхо, особенно упитанное. Тогда Бутромей — человек с заметным животом, «пузатый». Однако эта гипотеза слабее: прозвища на -ей от названий частей тела в русском языке редки, а переход от Варфоломея к Бутромею — явление типовое, хорошо описанное в ономастике, в частности у Б. Унбегауна.

Фамилия не относится к числу дворянских или широко известных. По переписям XIX века носители Бутромеевых встречались преимущественно в центральных губерниях России — Рязанской, Тамбовской, Владимирской, то есть в зоне распространения окающих говоров, где имя Варфоломей и могло принять форму Бутромей. Сословно это были в основном крестьяне и мещане.

Интересная деталь: фамилия Бутромеев почти не имеет однокоренных «собратьев». В отличие от Варфоломеевых, которые встречаются часто, или Фоломеевых, Бутромеевы — узкая группа, что говорит о локальном бытовании исходного прозвища, возможно, в одной-двух волостях. Сегодня фамилия остаётся редкой, и её носители — потомки тех самых крестьян из центральной России, чьё имя приказные писцы записали на слух, как слышали в деревне.