Фамилия Бутрюмов — один из тех случаев, когда за привычным русским окончанием -ов скрывается неочевидная основа, не имеющая прямых аналогов в современном языке. Разбирать её стоит не с корня, а с суффикса: модель «Бутрюм-ов» указывает на то, что в основе лежало прозвище или личное имя Бутрюм. Такая форма характерна для фамилий, образованных от мирских, нецерковных имён, которые в XV–XVII веках были широко распространены в северных и центральных областях России.

Корень «бутр-» в русских говорах не фиксируется как самостоятельное слово, но его можно связать с диалектным глаголом «бутрить» — «шуметь, галдеть, суетиться». В некоторых вологодских и архангельских говорах «бутря» означала беспокойного, неуёмного человека. Вероятно, Бутрюм — это человек с шумным, непоседливым нравом. Окончание -юм (вместо более привычного -яй или -ун) встречается редко и, возможно, является местной особенностью словообразования, характерной для северо-восточных территорий.

Есть и другая версия: «бутры» в некоторых говорах называли холмы, бугры, а «бутрюм» могло быть прозвищем коренастого, плотного человека. Однако эта гипотеза менее убедительна, так как слово «бугор» повсеместно, а «бутр» — локальный вариант, и фамилия от него образовывалась бы скорее как Бугров.

Фамилия Бутрюмов — редкая. В дореволюционных переписях и метрических книгах она встречается в основном в Вятской и Пермской губерниях, что подтверждает её северное происхождение. По сословной принадлежности предки, скорее всего, были государственными крестьянами — не помещичьими, а жившими на казённых землях. В XIX веке носители фамилии могли заниматься земледелием, лесным промыслом или извозом, но точных данных об известных людях с этой фамилией нет — она осталась в кругу локальных крестьянских родов.