Фамилия Валерштейн — редкий для России пример немецкой топонимической фамилии. Она образована напрямую от названия города Валлерштайн (Wallerstein) в Баварии. Человек, получивший такое прозвище, скорее всего, был выходцем из этого города или владел землей в его окрестностях — так в немецкой традиции часто маркировали переселенцев и дворян, писавшихся «фон Валлерштайн».

Само название города Валлерштайн состоит из двух корней: Wallare (средневерхненемецкое «паломник», «странник») и Stein («камень»). Буквально — «камень паломника». Вероятно, топоним указывал на придорожный валун или скалу, служившую ориентиром для странствующих богомольцев. В русском языке фамилия закрепилась в упрощённой форме Валерштейн — без удвоенной «л» и с заменой «а» на «е» во втором слоге, что типично для устной передачи немецких названий.

Важно не путать эту фамилию с искусственными еврейскими фамилиями, которые массово создавались в Австро-Венгрии и Пруссии в конце XVIII — начале XIX века из двух немецких корней (вроде Вейценбаум — «пшеничное дерево», Зауэрштром — «кислый поток», Левенфиш — «рыба-лев» или Цигенбаум — «козье дерево»). В отличие от них, Валерштейн не сконструирована чиновником, а происходит от реального географического названия. И хотя носителями таких немецких фамилий действительно часто были евреи, сама модель образования здесь иная: не произвольное сложение смыслов, а указание на конкретное место.

Встречается фамилия и в написании Валлерштейн — с двойной «л», что ближе к немецкому оригиналу. В России носители Валерштейн появлялись в основном в XIX веке среди переселенцев-колонистов, приглашённых Екатериной II, а также позже — среди выходцев из германских земель, осевших в Поволжье, Причерноморье и крупных городах.