Фамилия Золотырёв ведёт начало не от золота, а от ювелирного ремесла, но с изрядной долей путаницы в корне. Основа здесь — не прилагательное «золотой», а устаревшее слово «золотырь». Так в старину называли ремесленника, который занимался позолотой: покрывал золотом оклады икон, церковную утварь, деревянные детали интерьера. В некоторых говорах «золотырём» могли именовать и того, кто добывал или перерабатывал золото, но основное значение — именно мастер-золотильщик. Суффикс -ёв указывает на принадлежность: Золотырёв — сын золотыря, то есть потомок человека этой профессии.

Словообразовательная модель здесь необычна. В отличие от привычных Золотаревых (от «золотарь» — ювелир) или Золотовых (от прозвища по цвету волос или характеру), фамилия Золотырёв сохранила в основе суффикс -ыр-, который в русском языке встречается редко и чаще в словах с оттенком пренебрежения или просторечия (ср. «богатырь», но «золотырь» — слово из народной речи). Это указывает на то, что предок носителя фамилии был не придворным ювелиром, а скорее мастеровым из посадских людей или крестьян, который работал с позолотой в провинциальных городах или при монастырях.

География фамилии связана в основном с центральными и южными регионами России. По данным исследований, наибольшая концентрация Золотырёвых исторически отмечалась в Тульской, Рязанской и Воронежской губерниях — областях, где было развито иконописание и церковное ремесло. Встречаются также варианты написания с буквой «а» — Золотарев, но это уже отдельная фамилия, хотя и с близким значением. Разница в суффиксе могла возникнуть из-за местного произношения: в акающих говорах «золотырь» звучало как «залатырь», а на письме закреплялось по-разному.

Спорных версий происхождения немного. Иногда Золотырёвых ошибочно сближают с названием камня «алатырь» (бел-горюч камень из русских былин), но это сомнительно: переход «алатырь» в «золотырь» лингвистически необъясним. Куда правдоподобнее, что фамилия — прямой потомок названия профессии, и её носители были людьми, чьими руками создавался блеск икон и церковной утвари в русских храмах.