Фамилия Мертоджан — редкий случай, когда русская по форме фамилия имеет очевидное иноязычное ядро. С первого взгляда бросается в глаза нехарактерный для славянских языков корень. Скорее всего, перед нами фамилия тюркского или кавказского происхождения, которая получила русское патронимическое оформление.

Основа «Мертоджан» распадается на две части. Первая, «Мерто», может восходить к личному имени или прозвищу. В тюркских языках есть имя Мерт (Mert), означающее «храбрый», «мужественный», «честный». Вторая часть, «джан», — это широко распространённый в тюркских и иранских языках компонент, означающий «душа», «жизнь», а в составе имени или обращения — «дорогой», «любимый». Таким образом, Мертоджан могло быть сложносоставным именем-комплиментом вроде «Храбрая душа» или «Дорогой храбрец». Встречаются и более прозаичные версии: «Мерто» могло быть искажённым вариантом греческого имени Дмитрий (в турецком произношении — Merto) или местного прозвища.

Фамилия образована по русской модели с помощью суффикса -ов. Это указывает на то, что носитель фамилии — потомок человека по имени или прозвищу Мертоджан. Фамилия могла возникнуть в среде крещёных тюркских народов (например, татар, башкир) или народов Кавказа, которые входили в состав Российской империи и получали фамилии по имени отца с русским окончанием.

Географически фамилия тяготеет к регионам со смешанным русско-тюркским населением: Поволжье, Северный Кавказ, Закавказье. Встречается она крайне редко, что делает её ярким маркером конкретного семейного корня, а не массового явления. Суффикс -ов однозначно указывает на то, что фамилия была записана в русской канцелярской традиции, вероятно, во время переписей XIX — начала XX века.