Фамилия Гартлиб (в немецком написании Hartlieb) образована от древнегерманского имени, которое складывается из двух корней: hard — «сильный, смелый» и lieb — «жизнь» или «любовь». Имя Гартлиб переводят двояко: «сильный и жизнеспособный» либо «смелый и любимый». Оба варианта отражают пожелание обладателю имени — быть стойким и вызывать привязанность.

В России эту фамилию чаще всего носили немцы-колонисты. Они переселялись на южные и поволжские земли по приглашению Екатерины II, и фамилия осела в тех губерниях, где основывали поселения. В Книге памяти Челябинской области записан немец Гартлиб Август Иванович, родившийся в 1894 году в Таврической губернии. А в Книге памяти Алтайского края отмечена немка Гартлиб Евгения Антоновна, рожденная в 1897 году в Екатеринославской губернии. Оба случая — из бывших южных колоний, что подтверждает привязку фамилии к немецким общинам черноморского региона.

Среди известных носителей выделяется Самуил Гартлиб (Samuel Hartlib) — англо-германский социальный реформатор XVII века. Он родился в Польше в семье немецкого купца, но большую часть жизни провёл в Англии. Гартлиб активно переписывался с учёными и педагогами Европы, продвигая идеи реформы образования и науки. Именно по его настоянию парламент пригласил в Лондон Яна Амоса Коменского, чтобы тот помогал советами в деле национального воспитания и содействовал учреждению университета. В 1647 году Гартлиб предложил парламенту проект обширной социальной реформы, включавший создание государственной системы образования и поддержку прикладных наук. Его деятельность — редкий пример того, как носитель немецкой фамилии повлиял на английскую общественную мысль.

Словообразовательная модель фамилии проста: она представляет собой чистое имя без суффиксов, что типично для немецких фамилий, возникших из личных имён. В отличие от русских фамилий на -ов или -ин, Гартлиб не указывает на отчество или принадлежность к роду, а прямо наследует древнегерманское сложное имя. В русском написании фамилия сохранила оригинальное звучание, хотя в документах встречается и вариант «Гартлиб» с твёрдым «т».