Фамилия Бертгольц — звучит по-немецки и почти наверняка немецкого происхождения. Её основа — сложное слово, типичное для немецкой ономастики: «Bert» (сокращение от имени Альберт, Бертольд или подобных, где корень означает «сияющий», «знатный») и «holz» (лес, древесина). Таким образом, буквально фамилия могла означать «светлый лес» или «лес Берта», но скорее всего, это фамилия по месту жительства: человек, живший у леса, принадлежавшего некоему Берту, либо в местности с названием Бертгольц. В Германии есть несколько топонимов с таким корнем, например, Бертхольц (Bertholz) в Баварии.

Фамилия попала в Россию вместе с волнами немецких переселенцев, в основном в XVIII–XIX веках. Это были приглашённые Екатериной II колонисты, ремесленники, аптекари, врачи, инженеры. В Российской империи фамилия Бертгольц закрепилась в среде обрусевших немцев, часто лютеранского вероисповедания, живших в обеих столицах — Петербурге и Москве, а также в Поволжье и Прибалтике.

Важная деталь: фамилия не получила в русском языке типичного суффикса (-ов, -ин, -ский), потому что она пришла поздно и сохранила немецкое окончание. В отличие от, скажем, фамилии Бертгольдов, которая могла бы возникнуть при адаптации, форма Бертгольц осталась без изменений, что указывает на сравнительно позднее и осознанное сохранение иностранного облика фамилии её носителями. В дворянских родословных книгах эта фамилия не встречается массово — скорее это фамилия городского сословия: купцов, врачей, учителей, владельцев небольших предприятий.

Есть и вторая, менее вероятная версия: фамилия могла возникнуть как топографическая в среде еврейского населения черты оседлости, где немецкий язык был языком межнационального общения. В таком случае «Берт» могло быть вариантом имени Бер (медведь) или просто личным именем. Но первая версия — немецкая колонистская — выглядит убедительнее, так как фамилия слишком характерна для немецкой модели словообразования.