Фамилия Мерхолин — редкая и неоднозначная с точки зрения происхождения. Её основа, «Мерхол», не встречается ни в древнерусских именах, ни в распространённых крестильных святцах. Скорее всего, перед нами не славянский, а заимствованный корень, который попал в русскую ономастику через иноязычное прозвище или имя.

Наиболее вероятная версия связывает фамилию с немецким или еврейским (ашкеназским) именем Меркель или его вариантом Мерхель. В немецком языке Merkel — уменьшительная форма от имени Марк (Mark) или Маркус (Markus). Окончание «-ин» в русском языке указывает на принадлежность: «чей?» — Мерхолин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Мерхол. Такая модель типична для фамилий, образованных от прозвищ на «-а/-я» или от иноязычных основ, которые в русском быту переосмысливались как имя собственное.

Менее распространённая, но логичная гипотеза — связь с тюркским корнем. В ряде тюркских языков есть слово «мер» (меткий, ловкий) или «мерген» (охотник, стрелок). Форма «Мерхол» могла возникнуть как искажённое «Меркул» (от римского имени Mercurius) — такое имя встречалось на Руси, но чаще в форме Меркул или Меркуль. Однако фамилия Меркулов широко известна, а Мерхолин — явно вторичный, более редкий вариант, возможно, диалектный или записанный на слух.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически селились немецкие колонисты (Поволжье, юг Украины) или еврейские общины (западные губернии Российской империи). Встречается она и в центральной России, но единично. Это подтверждает версию о заимствованном прозвище: носитель фамилии мог быть выходцем из немецкой слободы или потомком крещёного еврея, получившего фамилию по отцу.

Суффикс «-ин» в данном случае работает не по стандартной модели (от русских имён на -а/-я), а присоединяется к цельной основе, как в фамилиях Фомин, Ильин, но с неславянским корнем. Это делает Мерхолина похожей на такие редкие фамилии, как Меркелин или Меркушин, где основа — иноязычное прозвище, адаптированное русским окончанием.