Фамилия Мерзлюкова — женская форма от Мерзлюков, а в её основе лежит необычное прозвище или мирское имя Мерзляк. Образована она по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: Мерзляк → Мерзляков → Мерзлюков. Ключевая особенность — чередование корня: в исходном слове «мерзл-», а в фамилии появился звук «ю» (Мерзлюк). Такое чередование встречается в диалектной речи и в фамилиях, образованных от прозвищ на -як (сравните: Косой — Косюков, Пустой — Пустюков). То есть полная цепочка: прозвище Мерзляк → Мерзлюк (разговорный вариант) → Мерзлюков.

Прозвище Мерзляк давали человеку, который постоянно мёрз, зябнул, кутался даже в теплую погоду. В северных и центральных губерниях России, где холода — обыденность, такое прозвище могло закрепиться за тем, кто был особенно чувствителен к стуже или имел бледный, «зябкий» вид. В ономастике это относится к группе «физических» прозвищ, описывающих внешность или самочувствие человека. Словарь В. Даля фиксирует слово «мерзляк» именно в этом значении — «зябкий человек».

Географически фамилия Мерзлюков (и Мерзлюкова) тяготеет к регионам Русского Севера и Урала — в первую очередь к Вологодской, Архангельской, Кировской областям и Пермскому краю. Это подтверждается данными современных телефонных справочников и архивных записей XIX века. Встречаемость фамилии невысокая, что говорит о её локальном происхождении: скорее всего, родоначальник жил в одной деревне или волости, а фамилия не получила широкого распространения за пределы региона.

Сословная принадлежность носителей фамилии по ревизским сказкам и метрическим книгам — в основном государственные крестьяне и мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. В написании возможны варианты через «о» — Мерзлюкова (с ударением на второй слог, реже на третий), что отличает её от более редкой фамилии Мерзлякова, где корень без чередования.

Таким образом, фамилия Мерзлюкова — это прямая отсылка к прозвищу предка, который был зябким человеком, и сохранила в себе диалектную особенность русского словообразования.