Фамилия Мерзлыкин образована от прозвища Мерзлык или Мерзлый. Основа здесь — прилагательное «мёрзлый», то есть замёрзший, озябший, стылый. В русских говорах слово «мерзлый» имело не только прямое значение, но и переносное: так могли назвать человека вялого, медлительного, «холодного» по характеру — неэмоционального, неприветливого. В некоторых диалектах «мерзляк» — это ещё и тот, кто постоянно мёрзнет, зябкий человек. Так что прозвище могло относиться и к внешности, и к поведению.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Мерзлыкин — сын Мерзлыки. Модель типична для северных и центральных регионов России, где фамилии на -ин образуются от основ на -а, -я. Интересно, что полная форма «Мерзлыкин» встречается реже, чем более распространённая «Мерзляков» (с суффиксом -ов от основы на твёрдый согласный). Это говорит о том, что фамилия могла закрепиться локально, в определённой местности, где прозвище бытовало именно в форме Мерзлык.

Однокоренные фамилии — Мерзляков, Мерзлов, Мерзлый, Мерзликин. Все они восходят к одному корню, но различаются суффиксальными вариантами. Мерзлыкин стоит в этом ряду особняком: форма на -ык встречается реже, чем на -як, и может указывать на более архаичный или диалектный вариант прозвища.

Сословного барьера у фамилии не было. Мерзлыкины могли быть и крестьянами, и мещанами, и казаками. В документах XVIII–XIX веков фамилия встречается в основном в центральных и южных губерниях России — Курской, Тамбовской, Воронежской. В некоторых случаях написание могло колебаться: в старых записях встречается «Мерзликин» (с буквой «и» вместо «ы»), что связано с аканьем и нечётким произношением безударного гласного.

Современному носителю фамилии стоит помнить: прозвище предка не обязательно было обидным. В крестьянской среде «мёрзлым» могли назвать человека, родившегося в сильный мороз, или того, кто работал на холоде — например, зимнего извозчика или сторожа. Прямой связи с отрицательной характеристикой нет.