Фамилия Штернберг — один из ярких примеров того, как немецкая фамилия прижилась в России, но при этом почти не изменила своего звучания. В отличие от многих «остзейских» фамилий, которые русифицировались через суффиксы (-ов, -ин), Штернберг сохранила исходную немецкую форму. Это сразу указывает на то, что её носители, скорее всего, принадлежали к образованному сословию или дворянству, где сохранение оригинального написания было нормой.

Фамилия составная и прозрачная для немецкого уха: «Stern» — звезда, «Berg» — гора. Буквально: «Звёздная гора». В немецкой ономастике такие фамилии часто давали по названию местности — реального замка, городка или поместья. Например, известен баронский род фон Штернбергов из Вестфалии, а также одноимённый замок в Баварии. Поэтому фамилия могла возникнуть как топонимическая: человек, переехавший из места под названием Штернберг, получал это прозвище.

Однако есть и вторая, более прозаичная версия. В еврейской ашкеназской традиции фамилии часто были искусственными, «украшающими» — их давали чиновники при обязательной регистрации в Австрийской или Российской империи в конце XVIII — начале XIX века. Красивое сочетание «звезда» и «гора» могло быть выбрано просто как благозвучное, без привязки к конкретному месту. В этом смысле Штернберг стоит в одном ряду с фамилиями Розенберг (Розовая гора) или Гринберг (Зелёная гора).

В России фамилия встречается с XVIII века, преимущественно среди обрусевших немцев и евреев. Интересная деталь: в документах XIX века можно встретить вариант написания «Штернбергъ» с твёрдым знаком на конце, что для немецких фамилий в русском языке было редкостью (обычно писали «Штернберг» без знака). Это говорит о том, что фамилию воспринимали как иноязычную и старались графически отделить от русских окончаний.

Разбор по составу показывает, что модель образования здесь — чисто описательная (прозвище или топоним), без русских суффиксов принадлежности. Поэтому фамилия не склонялась в мужском роде как типично русская, хотя в разговорной речи иногда возникали формы вроде «Штернберга» (родительный падеж). В современном русском языке фамилия мужского рода склоняется, женского — нет.