Фамилия Бутурменко — яркий пример украинской модели образования фамилий, которая сразу указывает на происхождение предка. Суффикс -енко (в старом написании -енко) означает «сын» или «потомок». В украинской ономастике это самый массовый тип фамилий, закрепившийся в Поднепровье, на Слобожанщине и юге России в XVI–XVIII веках. Носитель такой фамилии — буквально «сын Бутурмы» или «потомок Бутурмы».

Основа фамилии — прозвище Бутурма. Его происхождение спорное, но наиболее убедительная версия связывает его с тюркскими языками. В тюркском «бутур» или «будур» означает «коренастый», «приземистый», «толстый». Прозвище Бутурма могли дать человеку плотного телосложения, невысокому и крепкому. Альтернативная, менее вероятная гипотеза выводит основу из русского диалектного «бутурить» — «бросать», «кидать», но в этом случае форма на -ма нехарактерна для русских прозвищ.

Важно не путать фамилию Бутурменко с известным русским боярским родом Бутурлиных. Бутурлины — старомосковская знать, их фамилия имеет другую основу (от прозвища Бутурля) и суффикс -ин. Бутурменко же — фамилия демократическая, крестьянская или казацкая. Географически она тяготеет к территориям современной Украины и юга России: в переписях XIX века Бутурменко встречаются в Полтавской, Харьковской и Екатеринославской губерниях. Это указывает на то, что предок носителя фамилии был запорожским или слободским казаком либо крестьянином, получившим фамилию по отцу-Бутурме.

Словообразовательный разбор прост: корень бутурм- + суффикс -енко. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Бутурме́нко, что типично для фамилий на -енко. Со временем написание могло меняться: в дореволюционных документах встречается вариант «Бутурменков» (с русским суффиксом -ов), но форма без конечного -ов победила как более украинская по духу.