Фамилия Гартвых с первого взгляда кажется иноязычной, но её окончание выдает коренного жителя Русского Севера. Суффикс -ых (в форме родительного падежа множественного числа) — типичная примета северных и сибирских фамилий, которые закрепились в документах в XVI–XVII веках. Такие фамилии не склоняются и отвечают на вопрос «чьи?»: Гартвых — значит «из семьи Гарта» или «люди Гарта».

Основа «Гарт-» — немецкого или голландского происхождения. В немецком «hart» означает «твёрдый», «крепкий», «сильный». Слово могло войти в русский быт через несколько путей. Самая вероятная версия — от фамилии или прозвища Гарт, которое давали выходцам из немецких земель, осевшим в России. В XVIII–XIX веках на Север приглашали иностранных специалистов: горных инженеров, мастеровых, лекарей. Их дети и внуки, обрусев, получали фамилии по отцу с местным окончанием -ых.

Менее вероятно, но не исключено, что Гартвых — это искажённое «Гортовых» или «Гартовых», где корень «горт» (от диалектного «гортатый» — горластый, крикливый) переосмыслили под влиянием немецкого. Но для фамилии, зафиксированной в документах, такое искажение маловероятно: переписчики обычно записывали на слух то, что слышали, а не переделывали корни.

Географически фамилия тяготеет к Архангельской области и Пермскому краю — регионам, где активно работали иностранные специалисты на заводах и верфях. Предок-носитель фамилии мог быть либо немцем по крови, закрепившимся на русском Севере, либо русским, получившим прозвище Гарт за твёрдость характера или физическую крепость. В пользу первого говорит сама основа: прозвища от немецких слов в крестьянской среде были редкостью, а вот фамилии, образованные от иноязычных имён отцов, — обычное дело.

Встречается написание Гартвых и Гартвих — последнее выдает попытку сохранить немецкое произношение, но русские писцы чаще ставили «-ых», подгоняя фамилию под местную модель.