Фамилия Бутюгина — типичная русская фамилия, образованная от прозвища Бутюга с помощью патронимического суффикса -ин. Суффикс -ин в русском языке присоединялся к основам, оканчивающимся на -а или -я, и означал «чей?», то есть «сын Бутюги». Это одна из самых распространённых моделей русских фамилий, наряду с фамилиями на -ов/-ев.

В основе фамилии лежит прозвище Бутюга. Его происхождение можно объяснить двумя основными версиями. Первая и наиболее вероятная связывает Бутюгу с диалектным глаголом «бутеть», который, по словарю В. И. Даля, в ряде русских говоров означал «полнеть, толстеть, матереть». Прозвище Бутюга в этом случае описывало внешность человека — крупного, коренастого, плотного. Такие прозвища по физическим признакам были очень распространены в крестьянской среде, где меткое слово закреплялось за человеком на всю жизнь и часто переходило к его детям.

Вторая версия отсылает к глаголу «бутить» — профессиональному термину строителей. Даль толкует «бутить» как «заваливать яму, ров или воду камнем и землей; заваливать ров щебнем, камнем, кирпичом и заливать известью». Соответственно, бутовщик — это каменщик, который занимается бутовой кладкой. Прозвище Бутюга могло закрепиться за мастером этого дела. Однако эта версия менее бесспорна: прозвища от профессий чаще образовывались через суффиксы -щик/-чик или -арь (бутовщик, бутарь), а форма Бутюга больше характерна для описательных, «домашних» прозвищ.

Таким образом, потомок человека по прозвищу Бутюга (вероятно, полного и сильного, а может, и каменщика) получал фамилию Бутюгин, а женщина — Бутюгина. Фамилия редкая, географически может быть привязана к северным и центральным губерниям России, где диалектный глагол «бутеть» был в ходу и где активно занимались каменным строительством.