Фамилия Неренбург — случай, когда происхождение лежит на поверхности, но требует небольшой географической оговорки. Это типичная немецкая или еврейская (ашкеназская) топонимическая фамилия, образованная от названия населённого пункта. Вторая часть, «-бург», однозначно указывает на немецкое слово Burg — «крепость», «замок», «укреплённый город». Первая часть, «Нерен», скорее всего, связана с названием реки Нер (Ner) в Германии или с искажённым топонимом Нойенбург (Neuenburg — «новый замок»). В любом случае, предок носителя этой фамилии когда-то жил в месте, которое называлось Неренбург, или переехал оттуда, получив прозвище по месту прежнего жительства.

В Российской империи такие фамилии чаще всего встречались у немцев-колонистов, приглашённых Екатериной II, или у еврейского населения, которое в конце XVIII — XIX веке, при введении обязательных фамилий, нередко брало их по названию города, где проживало (например, Неренбург в Восточной Пруссии, ныне — посёлок в Калининградской области). Словообразовательная модель проста: основа (топоним) + нулевой суффикс, то есть фамилия застыла в форме названия места, без русского родового суффикса (-ов, -ин), что характерно для фамилий западноевропейского происхождения.

Стоит отличать Неренбург от похожих фамилий вроде Неренберг (где «-берг» — гора) или Нерендорф (где «-дорф» — деревня). Написание через «бург» — маркер того, что речь идёт именно о городе-крепости, а не о любом поселении. Встречаются варианты написания с одной «н» — Неренбург, или с удвоенной «р» — Нерренбург, но основной вариант устоялся как Неренбург.

Социальный состав носителей в России был пёстрым: от ремесленников и торговцев до лютеранских пасторов и военных. Поскольку фамилия не русифицировалась суффиксами, она долго сохраняла отчётливый немецкий облик, что в XX веке, в периоды антинемецких настроений, могло приводить к её смене или русификации. Сегодня фамилия редкая, её можно встретить в разных регионах бывшего СССР, но чаще всего — у потомков поволжских немцев или еврейских общин Прибалтики и западных губерний.