Фамилия Бутяйкин образована по редкой для русского ономастикона модели: суффикс -ин присоединён к основе, оканчивающейся на -айк. В привычной схеме отчество или прозвище сначала превращались в притяжательное прилагательное с суффиксом -ин (Иван → Иванов сын → Иванов), но здесь мы видим двойную обработку. Сначала от личного имени или прозвища Бутя образовали уменьшительную форму Бутяйка (по аналогии с Ваня — Ванька, Петя — Петька), а уже от неё — фамилию. Такой путь типичен для северных и восточных регионов России, где в XVIII–XIX веках активно использовали патронимы на -ин от обиходных форм имён.

Корень «бут-» в русских говорах неоднозначен. Самая вероятная версия — связь с диалектным глаголом «бутить» (заполнять пустоты, закладывать камнем), от которого произошло прозвище Бутя для каменщика или строителя, работавшего с бутовым камнем. В псковских и тверских говорах «бутить» означало также «глушить, стучать», так что прозвище мог получить шумный, суетливый человек. Менее правдоподобна версия о тюркском корне «бут» (нога, бедро) — для фамилий на -айкин такое происхождение нетипично, а географическое распространение Бутяйкиных (преимущественно в Поволжье и на Урале) скорее указывает на русскую диалектную основу.

Фамилия фиксируется в метрических книгах Симбирской и Казанской губерний с середины XIX века. Встречаемость невысокая: по переписи 2020 года в России живёт около полутора тысяч носителей, примерно половина — в Ульяновской области и Татарстане. Социальный состав предков — преимущественно государственные крестьяне, реже мещане, что подтверждает бытовое происхождение прозвища от ремесла или черты характера.

Однокоренные фамилии — Бутин, Бутяев, Бутягин — образованы от той же основы, но по другим словообразовательным схемам. Бутяйкин выделяется среди них редким суффиксом -айк-, который в русских фамилиях встречается в основном в северных говорах (ср. Шушайкин, Кувайкин). Это позволяет с высокой вероятностью локализовать исходную территорию возникновения — район Вятки или нижнего Прикамья, откуда носители позже мигрировали в Среднее Поволжье.