Фамилия Сартолов — одна из тех, что с первого взгляда кажется простой, но при ближайшем рассмотрении ставит перед исследователем несколько загадок. Если отбросить очевидное, то первое, что бросается в глаза, — это редкий формант. Фамилия оканчивается на -олов, что нетипично для русской модели. В русском языке фамилии на -ов образуются от основ, заканчивающихся на твёрдый согласный, но здесь мы видим не -ов, а именно -олов. Это наводит на мысль о том, что в основе лежит не типичное русское прозвище или имя, а что-то иное.

Наиболее правдоподобная версия связывает фамилию Сартолов с тюркским словом «сарт» или «сарты». В дореволюционной Средней Азии сартами называли оседлое население, преимущественно горожан и земледельцев, в отличие от кочевников. Это слово имело скорее бытовой, чем этнический смысл, и могло означать «торговец», «ремесленник» или просто «оседлый житель». В русской среде, особенно среди казачества и купечества, контактировавшего с Востоком, прозвище «Сарт» могли дать человеку, который торговал с азиатскими купцами, носил восточную одежду или имел смуглую внешность. Суффикс -олов в таком случае — это адаптированная форма, возникшая, вероятно, под влиянием фамилий на -ов, но с сохранением тюркского окончания, которое в русском языке воспринималось как часть корня. Другими словами, сначала было прозвище Сартол (где -ол — тюркский аффикс), а уже от него образовали фамилию Сартолов.

Менее убедительная, но имеющая право на существование версия — происхождение от гидронима или топонима. На карте России и стран бывшего СССР встречаются небольшие речки и урочища с похожими названиями, например, река Сарта в Сибири. Однако в этом случае фамилия обычно звучала бы как Сартин или Сартов, а не Сартолов. Поэтому версия с прозвищем «сарт» выглядит куда более логичной и подкреплённой историческим контекстом межэтнических контактов.

Географически фамилия Сартолов встречается редко, её очаги можно искать в регионах, где historically было сильное тюркское влияние: в Поволжье, на Урале, в Оренбургской области, а также среди казачьих родов. Носители фамилии могли быть как русскими, получившими прозвище за связь с Востоком, так и обрусевшими потомками тюркских народов. Точно сказать, к какому сословию принадлежали первые Сартоловы, без генеалогического исследования сложно, но, судя по семантике прозвища, это могли быть торговцы, ремесленники или служилые люди, имевшие дело с азиатскими рынками.