Фамилия Вортоломей — редкий искажённый вариант крестильного имени Варфоломей. В основе лежит арамейское «Бар-Толмай», что значит «сын Толмая» (в греческой передаче — Варфоломей). В русской традиции это имя носил апостол Варфоломей, один из двенадцати. Фамилии от него образовывали по-разному: Варфоломеев, Варфоломей, Фомин, а в народном произношении имя теряло начальный слог или меняло звуки. Вортоломей — результат такого фонетического сдвига: «Вар» перешло в «Вор», а окончание осталось без суффикса, что нетипично для русских фамилий.

Обычно русские фамилии на -ов/-ев, -ин или -ский указывают на принадлежность к отцу: Варфоломеев — «сын Варфоломея». Но Вортоломей — это не патронимическая фамилия, а застывшая форма самого имени. Такие «голые» имена в роли фамилий встречаются реже, чаще у выходцев из юго-западных земель (Украина, Белоруссия), где под польским влиянием фамилии нередко оставляли без суффикса. Вортоломей мог закрепиться за человеком по прозвищу — например, в церковной среде или среди крестьян, которых записывали со слуха, без проверки.

Географически фамилия привязана к югу России и украинским губерниям. В дореволюционных переписях Вортоломеи встречаются в Харьковской, Полтавской и Екатеринославской губерниях, а также среди казачества. Единичные носители есть и в центральных областях, но это исключение. Социальный состав — в основном крестьяне и мещане, дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Ономастический словарь Б. Унбегауна относит подобные формы к «народным вариантам» канонических имён, которые в быту упрощались до неузнаваемости. Вортоломей — один из крайних примеров: от исходного Варфоломей осталось лишь два слога, да и те изменились. Споров о происхождении нет — только одна версия, и она прочная. Если встретите носителя фамилии, скорее всего, его предки — выходцы с юга России, где имя Варфоломей переделали на свой лад, а потом записали так, как слышали.