Фамилия Вертелкина образована от прозвища Вертелка, а оно, скорее всего, связано с глаголом «вертеть». В русских говорах «вертелкой» называли непоседливого, вертлявого человека, который не сидит на месте. В некоторых регионах так могли прозвать и того, кто работает с вертелом — повара или мясника, запекающего мясо на огне. Первое значение кажется более вероятным: фамилии, образованные от черт характера, встречаются гораздо чаще, чем профессиональные.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Вертелкин — это «сын Вертелки» или «из семьи Вертелки». Такая модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ин так же распространены, как и на -ов. Если бы прозвище звучало как Вертелок, а не Вертелка, фамилия могла бы стать Вертелков, но форма на -а дала именно вариант с -ин.

Однокоренных фамилий немало: Вертелов, Вертячих, Вертунов. Но Вертелкина стоит особняком из-за редкого суффикса -к-, который мог придавать прозвищу уменьшительный или пренебрежительный оттенок. То есть Вертелкой называли не просто вертлявого, а, скажем, слишком суетливого или мелкого — в отличие от более нейтрального Вертуна.

Сословного барьера у фамилии не было. Вертелкины встречались и среди крестьян, и среди мещан. В документах XVIII–XIX веков эта фамилия чаще фиксируется в Поволжье и на юге России, что может указывать на миграцию носителей из центральных губерний.

В современном написании фамилия устойчива, вариантов вроде «Вертелкин» через «и» не зафиксировано. Ударение, скорее всего, падает на второй слог — Верте́лкина, хотя в говорах могли ставить и на первый.