Фамилия Бутыров образована от прозвища или нецерковного имени Бутыр. Основа здесь — диалектное слово «бутырь», которое в разных говорах имело несколько значений. В южных и центральных областях России бутырем называли толстого, неуклюжего человека, а также — в некоторых местах — упрямца. Но есть и другая, более конкретная версия: в вятских и пермских говорах «бутырь» означало «бугор», «холм» или даже «кочку на болоте». Тогда прозвище могло достаться человеку, жившему на возвышенности, или тому, кого прозвали по месту жительства.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: Бутыров — буквально «сын Бутыря». Такая форма закрепилась в XVI–XVII веках, когда большинство крестьянских фамилий на Руси оформлялось именно этим суффиксом. Фамилия редкая, её нет в массовых списках распространённых русских фамилий, что говорит о локальном происхождении — скорее всего, из северных или восточных регионов России.

Стоит отличать Бутырова от фамилии Бутаров, которая могла возникнуть от тюркского имени Бутар или от слова «бутара» — приспособление для промывки золота. В случае с Бутыровым корень чисто славянский, без тюркских наслоений. Если предки носителя фамилии были крестьянами или посадскими людьми, прозвище Бутыр давалось по внешности или нраву. Если же речь о жителе холмистой местности — фамилия могла стать топографическим маркером рода.

Встречается вариант Бутырёв — с тем же корнем, но с другим суффиксом, что иногда указывает на разную диалектную среду. В любом случае, фамилия Бутыров прочно держится в русском ономастиконе как пример прозвищной фамилии, где за бытовым словом стоит живая характеристика человека.