Фамилия Вахтомова образована от мужского имени Вахтом, которое представляет собой сокращённую и изменённую в бытовой речи форму канонического крестильного имени Варфоломей. Греческое Варфоломей (Бартоломеос) переводится как «сын вспаханной земли» или «сын полей». На русской почве это длинное и неудобное для повседневного произношения имя прошло через цепочку упрощений: Варфоломей — Вахромей — Вахтомей — Вахтом. Такие фонетические переходы — обычное дело для имён, которые часто звучали в устной речи: язык «съедал» слоги, заменял одни звуки на другие, более лёгкие для произношения. Кроме того, у имени Варфоломей существовало множество других народных вариантов: Вахромей, Ахромей, Вахруша, Бахруша. В западноевропейской традиции оно закрепилось как Бартоломе.

Поскольку фамилия построена с помощью патронимического суффикса -ов, она указывает на прямое родство: Вахтомовы — это потомки человека по имени Вахтом. Скорее всего, основатель рода принадлежал к простому сословию — крестьянам или посадским людям, — ведь именно в этой среде чаще всего использовались обиходные, диалектные формы имён, далёкие от книжного оригинала. Фамилия Вахтомова (в женском роде) сохраняет ту же основу и суффикс, что и мужской вариант Вахтомов. Встречается она преимущественно в регионах русского Севера и Поволжья, где имя Варфоломей и его производные были особенно распространены.