Фамилия Натанзян — редкий случай в русском ономастиконе, поскольку она почти не встречается за пределами нескольких семей. Её происхождение почти наверняка связано с армянской или еврейской традицией, хотя точная этимология неоднозначна.

Основная версия — армянская. В армянском языке существует имя Натан (от древнееврейского Натан — «дал», «дар Божий»), к которому добавили суффикс -зян. В армянской фамильной модели суффикс -ян (и его вариант -зян) означает «из рода» или «принадлежащий». Форма Натанзян, с согласной -з- между корнем и суффиксом, встречается реже, чем просто Натанян, но вполне допустима: в армянском языке при заимствовании имён, оканчивающихся на согласный, иногда вставляют -з- для благозвучия (сравните фамилии Авагян и Авагзян). Таким образом, Натанзян — «потомок Натана».

Вторая версия — еврейская, хотя менее вероятна. У ашкеназских евреев фамилии на -ян нехарактерны (там преобладают -сон, -ман, -виц). Однако в некоторых общинах, особенно после переселения в Закавказье, встречались гибридные формы. Если предположить, что основа — еврейское имя Натан (Натан), то суффикс -зян мог быть добавлен уже на русской или армянской почве, что указывает на смешанное происхождение семьи.

Географически фамилия Натанзян встречается в основном в России, Армении и странах бывшего СССР, но крайне малочисленна. В дореволюционных списках она почти не фиксируется — это говорит о том, что она могла возникнуть или закрепиться в поздний период, возможно, в XX веке при паспортизации.

Словообразовательно фамилия проста: основа — личное имя Натан, суффикс -зян (вариант -ян). Никаких дополнительных суффиксов, указывающих на сословие или профессию, нет. Поэтому предки носителя этой фамилии могли быть людьми любого звания — от крестьян до мещан, но с армянскими или еврейскими корнями. Единственное, что можно сказать с уверенностью: фамилия не русская по происхождению, а результат культурного контакта языков.