Фамилия Вартюхов — редкий случай, где корень почти наверняка не славянский, а тюркский или арабский, но при этом фамилия оформлена по русской модели на -ов. Основа Вартюх- скорее всего восходит к личному имени Варфоломей через его народные, усечённые формы. В русских говорах имя Варфоломей сокращали до Вартюха (с характерным переходом «ф» в «т» и уменьшительным суффиксом -юх-). Так Вартюхой могли звать человека не по паспорту, а в быту, в семье или на улице. Фамилия Вартюхов, соответственно, означает «сын Вартюхи» или «из дома Вартюхи».

Суффикс -юх- в русских прозвищах и некалендарных именах встречается нечасто, но устойчиво: ср. фамилии Петюхов (от Петюха, Петя), Матюхов (от Матюха, Матвей). Вартюхов стоит в этом же ряду. Замена глухого «ф» на «т» — типичная народная адаптация греческого имени, где звук «ф» был чужим для восточнославянского уха. Поэтому версия с Варфоломеем — самая прямая и лингвистически оправданная.

Менее вероятная, но возможная версия — от тюркского слова варт (огонь, пожар) или вартух (сторож, охранник). В южнорусских и казачьих областях, где был тесный контакт с тюркскими народами, прозвище Вартюх могло означать «пожарный» или «сторож». Однако эта гипотеза слабее: в тюркских языках нет слова «вартюх» в таком значении, а форма на -юх — чисто славянский словообразовательный элемент. Если бы корень был тюркским, фамилия скорее звучала бы как Вартов или Вартанов.

Географически фамилия Вартюхов встречается в основном на юге России и в Поволжье — в Ростовской, Волгоградской областях, в Краснодарском крае. Это косвенно подтверждает обе версии: и имя Варфоломей было распространено у православных, и контакт с тюрками на этих землях был интенсивным. Сословно носители фамилии — почти наверняка крестьяне или казаки, никаких дворянских родов Вартюховых не зафиксировано.

Однокоренные фамилии — Варфоломеев, Варфоломеевский, Вартоломеев — встречаются гораздо чаще, но именно форма Вартюхов сохранила живую, разговорную, а не книжную версию имени. Это редкий случай, когда фамилия передаёт не официальное имя предка, а его домашнее прозвище — то, как его звали соседи и родня.