Фамилия Смеркалов образована от прозвища или мирского имени Смеркало, а его основа — глагол «смеркаться» (темнеть, вечереть). В русских говорах «смеркало» могло означать сумерки, время заката, а также человека, который любит гулять или работать в сумерки, либо того, кто родился в вечернее время. Модель типична для русских фамилий: суффикс -ов указывает на принадлежность, то есть Смеркалов — «сын Смеркала» или «из рода Смеркаловых». Суффикс -ал- в основе редок: он встречается в прозвищах, образованных от глаголов (ср. Стукало, Шибало), и придаёт оттенок деятеля или повторяющегося действия.

Ономастический словарь Б. Унбегауна относит подобные фамилии к группе, возникшей из личных прозвищ, связанных с природными явлениями. В отличие от распространённых «погодных» фамилий типа Морозов или Ветров, Смеркалов — редкий случай, когда в основе не само явление, а его процесс. Сравните с фамилией Смеркин (от «смеркаться»), но Смеркалов — явно более старая форма с полным суффиксом.

С точки зрения сословной истории, Смеркаловы, скорее всего, крестьянского или посадского происхождения: прозвища, образованные от глаголов бытового круга, редко встречались у дворян. Географически фамилия встречается в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской и Архангельской губерниях, где диалектное слово «смеркало» было употребительно. В письменных источниках XVII–XVIII веков можно найти упоминания крестьян Смеркаловых в переписных книгах, но массовой известности фамилия не получила — её носители всегда были немногочисленны.

Единственная альтернативная версия — связь с диалектным «смеркать» (мерцать, тускло светить), но она менее убедительна, так как не объясняет суффикс -ал-. Так или иначе, фамилия Смеркалов — яркий пример того, как природное явление, перешедшее в прозвище, закрепилось в родовом имени.