Фамилия Вахтомов ведет начало от личного имени Вахтом — диалектной, то есть местной, народной формы крестильного имени Варфоломей. В переводе с греческого Варфоломей означает «сын вспаханной земли» или «сын полей». Это имя в русском быту дало множество производных: Варфоломей, Вахромей, Ахромей, Вахруша, Бахруша, а у европейских народов закрепилось в форме Бартоломе. Имя Вахтом возникло в результате цепочки звуковых изменений: Варфоломей — Вахромей — Вахтомей — Вахтом. На каждом этапе язык упрощал непривычное для русского слуха сочетание звуков, отсекая слоги и заменяя их более удобными.

Словообразовательная модель фамилии проста: к основе Вахтом прибавили типичный русский суффикс -ов, который указывает на принадлежность. Вахтомов — буквально «сын Вахтома», «потомок Вахтома». Такие фамилии обычно получали сначала дети, а затем и внуки человека, которого в округе знали по этому имени или прозвищу. Примечательно, что в документах XVII–XVIII веков можно встретить и однокоренные фамилии Вахромеев, Вахрушин, Бахрушин — все они восходят к тому же источнику, но к разным его народным формам. Вахтомовы, скорее всего, происходят из тех регионов, где в ходу был именно вариант Вахтом: северные и центральные губернии России, где диалектные формы имен сохранялись дольше всего.

Фамилия редкая, в списках массовых русских фамилий она не встречается. Это значит, что её носители, вероятно, ведут происхождение от одного или нескольких локальных родов, а не от широко рассеянного крестьянского или дворянского сословия. Сословная принадлежность предков Вахтомовых могла быть разной: от крестьян до однодворцев или мещан, но точных данных об этом нет. Главное, что связывает всех современных Вахтомовых, — имя их далекого предка, которое в церковных святцах звучало торжественно и длинно, а в повседневной речи сократилось до короткого и звонкого Вахтом.