Фамилия Мерлюк звучит необычно и сразу обращает на себя внимание. Её основа — «мерл» — скорее всего, восходит к южнорусским или украинским говорам, где «мерло» или «мерлый» означало «мёртвый», «вялый», «неподвижный». Прозвище Мерля могли дать человеку флегматичному, медлительному или, напротив, бледному, болезненному на вид. В некоторых диалектах слово могло относиться к чему-то засохшему, увядшему — например, к дереву или растению.

Суффикс -юк характерен для украинской и белорусской антропонимии, он указывает на принадлежность или родство: Мерлюк — сын или потомок Мерли. Такая модель образования фамилий (основа + -ук/-юк) широко распространена на западе Украины, в Полесье, а также в юго-западных областях России. Таким образом, географически фамилия Мерлюк тяготеет к зоне украинского влияния — это может быть современная Украина, Брянская, Курская или Белгородская области.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с названием рыбы мерланг (вид трески, которую на юге России иногда называли «мерлюк»). Тогда предок мог быть рыбаком или торговцем рыбой. Однако в пользу прозвищного происхождения говорит типичность суффикса -юк для личных имён и прозвищ, а не для профессиональных названий.

В дореволюционных документах фамилия встречается редко, что подтверждает её локальный характер. Сословная принадлежность носителей, скорее всего, была крестьянской или казачьей — именно в этих средах прозвища закреплялись как фамилии наиболее естественно. В современных базах Мерлюки единично встречаются в Краснодарском крае, Ростовской области и на востоке Украины, что подтверждает южное происхождение.