Фамилия Мухаметзанов — классический пример того, как тюркское имя и арабский религиозный корень соединились с русской фамильной моделью. Её основа — мужское имя Мухаметзан, которое состоит из двух частей: «Мухамет» (араб. «восхваляемый», «достохвальный» — один из эпитетов пророка Мухаммеда) и «зан» (перс. «душа»). В целом имя Мухаметзан означает «душа Мухаммеда» или «душа, посвящённая Мухаммеду». Такие составные имена с компонентом «зан» (например, Гульжан, Алтынжан, Таиржан) были особенно популярны у татар и башкир, где персидское влияние смешивалось с исламской традицией.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Мухаметзан добавили патронимический суффикс -ов. В результате получилось отчество в родительном падеже: «сын Мухаметзана». В русской канцелярской практике XIX века татарские и башкирские имена часто русифицировали именно так — прибавляя суффикс -ов, -ев или -ин, чтобы вписать человека в сословные реестры, военные списки и метрические книги. Фамилия Мухаметзанов, таким образом, указывает на то, что первый носитель (скорее всего, живший в XVIII–XIX веках) был сыном человека по имени Мухаметзан.

Географически фамилия прочно связана с регионами Поволжья и Приуралья — Татарстаном, Башкортостаном, Оренбургской областью. Встречается она и у казахов, хотя у казахов чаще фиксируется вариант Мухаметжанов (с аффрикатой «ж»). Разница в написании — Мухаметзанов против Мухаметжанов — отражает диалектные особенности произношения: в татарском и башкирском языках звук «з» в этом корне исторически смягчался или заменялся на «ж», но при записи в русских документах могли закрепить оба варианта. Поэтому Мухаметзанов и Мухаметжанов — не разные фамилии, а орфографические дублеты одной и той же родовой основы.

Сословно носители фамилии относились к государственным крестьянам, мещанам, а также к служилым татарам и башкирам. Поскольку имя Мухаметзан было распространённым, фамилия не указывает на конкретное ремесло или прозвище — она говорит только о происхождении от отца. В отличие от фамилий, образованных от профессий (Кузнецов, Плотников), Мухаметзанов — чисто патронимическая фамилия, и её корень лежит в религиозно-культурной традиции, а не в бытовом прозвище.