Фамилия Мертенова — редкий случай, когда русская фамилия образована не от славянского корня, а от немецкого или голландского имени. Основа здесь — мужское имя Мертен, которое является североевропейской формой имени Мартин (Martin). В Германии, Нидерландах и Скандинавии имя Merten было распространено как уменьшительный или диалектный вариант Мартина. В Россию эта фамилия попала, скорее всего, через обрусевших немцев, голландцев или прибалтийских немцев, которых с XVIII века приглашали на службу, в науку или в ремесленные слободы.

Суффикс -ов указывает на то, что фамилию русифицировали по стандартной модели: к иностранной основе прибавили русский патронимический суффикс, означающий «чей?» — то есть Мертенова буквально значит «дочь (или жена) Мертена». Мужской вариант фамилии — Мертенов — встречается чаще, женская форма Мертенова закрепилась в документах как производная от мужской линии. Такая модель типична для фамилий, которые оформились в XIX — начале XX века, когда иностранцев активно записывали в русские реестры.

Географически фамилия Мертенова тяготеет к регионам, где были немецкие колонии или крупные города с иностранным населением: Поволжье, Санкт-Петербург, Одесса, а также Сибирь, куда ссылали или переселяли немцев. В дореволюционных метрических книгах эта фамилия встречается у лютеран и католиков, но со временем носители полностью ассимилировались. Интересная деталь: в некоторых записях фамилию писали как Мертенева или Мартенова — это отражает колебания в произношении и записи непривычного для русского уха имени.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Мертенова стоит в одном ряду с Мартыновым, Мартиновым и Мартеновым. Но если Мартынов — исконно русская фамилия от имени Мартын (народная форма Мартина), то Мертенова сохранила западный звуковой облик. Предки носительницы фамилии могли быть ремесленниками, аптекарями, инженерами или офицерами на русской службе — то есть людьми, которые принесли с собой западное имя и осели в России.

Сегодня фамилия Мертенова остаётся малочисленной, её можно встретить в основном в центральной части России и в бывших немецких анклавах. Носители часто даже не подозревают о немецком следе, принимая фамилию за редкую русскую или тюркскую — настолько она обрусела за два-три поколения.