Фамилия Бутурлинский — редкий пример, когда географическая основа очевидна, а суффикс выдаёт позднее, искусственное происхождение. В отличие от массовых крестьянских фамилий на -ов или -ин, эта фамилия образована по модели дворянских и шляхетских фамилий на -ский/-цкий, которые указывали на владение землёй или местом жительства. Основа здесь — топоним Бутурлино. Таких сёл и деревень в России несколько, но наиболее вероятный кандидат — Бутурлино в Нижегородской области, известное с XVI века как вотчина бояр Бутурлиных. Выходит, что Бутурлинский — это «тот, кто из Бутурлина» или «владелец Бутурлина».

Сам топоним Бутурлино, в свою очередь, восходит к фамилии Бутурлин. А та, по версии большинства ономастов, — от древнерусского прозвища Бутурля. Слово тюркского происхождения (от «бутур» — «тупой, неуклюжий» или «бутурлык» — вид обуви). В старинных документах прозвище Бутурля встречается с XV века, и именно от него пошла знаменитая боярская фамилия Бутурлины, давшая название населённым пунктам. Таким образом, Бутурлинский — не прямая ветвь боярского рода, а вторичное образование, скорее всего, от фамилии помещика или названия его имения.

Интересна и региональная привязка. Фамилия почти не встречается за пределами центральной России и Поволжья. В XIX веке её могли получить крестьяне, переселённые из села Бутурлино, или, что реже, — дворяне, чей предок владел этим селом, но не принадлежал к основному роду Бутурлиных. В любом случае, в фамилии застыла привязка к конкретному месту, а не к личному прозвищу, что делает её более поздней и «кабинетной» по сравнению с древними фамилиями на -ов.

Написание с двумя «н» — стандартное для притяжательных прилагательных от основ на -ин (Бутурлин + ск + ий). Встречается вариант «Бутурлинской» (с окончанием -ой), особенно в южнорусских говорах, но литературная норма закрепила форму «Бутурлинский». Фамилия нечастотная, в списках столбового дворянства не значится — её носители, скорее всего, принадлежали к мелкопоместному дворянству, однодворцам или бывшим монастырским крестьянам, получившим фамилию по месту жительства после реформ XVIII века.