Фамилия Мерзлов образована от прозвища Мерзлый, которое восходит к прилагательному «мерзлый» — «затвердевший от мороза, замерзший», «покрытый ледяной коркой, обледеневший». Такое прозвище вряд ли давали просто так, и у него есть несколько правдоподобных толкований. Самое прямое — указание на место жительства: предок мог жить в северных широтах или в холодной, продуваемой ветрами местности. Но не менее вероятно, что прозвище относилось к характеру: мерзлым могли назвать бесстрастного, равнодушного или внешне сдержанного человека, который не показывает эмоций. Наконец, существует и бытовая версия: предок занимался заготовкой льда для ледников — специальных погребов, где хранили скоропортящиеся продукты. В те времена это было вполне обычное ремесло, и человека, промышлявшего таким делом, соседи легко могли окрестить Мерзлым.

Самобытность фамилии подчеркивает и то, что она возникла не от крестильного имени, а именно от прозвища, и это делает её ценным памятником славянской культуры и народной наблюдательности. Суффикс -ов в фамилии указывает на типичную восточнославянскую модель образования: так называли потомка человека по имени или прозвищу отца. То есть Мерзлов — это буквально «сын Мерзлого».

Исторические документы подтверждают, что прозвище и его производные бытовали на Руси давно. С. Б. Веселовский в своих трудах упоминает Мерзлого Якова Михайловича Патрикеева (1596 год, Арзамас), а также Федора Мерзляка, крестьянина из Олонца (1564 год), и Тимофея Мерзлякова, крестьянина из Курмыша (1629 год). Эти записи показывают, что корень был распространен в разных регионах, а формы могли меняться — от Мерзлый до Мерзляк и Мерзляков. Фамилия Мерзлов, таким образом, встает в один ряд с этими однокоренными фамилиями, но сохраняет свою, более краткую и прямую форму.

Фамилия встречается и в более поздних документах. Так, в Книге памяти Владимирской области упомянут счетовод Мерзлов Алексей Васильевич, родившийся в 1892 году в деревне Дворищи Киржачского района. Среди известных носителей — Анатолий Алексеевич Мерзлов (1954–1972), комсомолец и механизатор совхоза имени Чапаева Михайловского района Рязанской области. Он погиб при спасении урожая и сельскохозяйственной техники, за что был занесен в Книгу Почета ЦК ВЛКСМ, а Указом Президиума Верховного Совета СССР посмертно награжден орденом «Знак Почета» за отвагу и мужество.

Однако окончательно говорить о точном времени и едином месте происхождения фамилии Мерзлов нельзя. Процесс формирования каждой отдельной семьи мог быть длительным и не всегда имел привязку только к одной местности, поэтому для точного ответа нужны серьезные генеалогические исследования.