Фамилия Вертуозов — редкий случай, когда её основа почти кричит о своей книжной природе. В отличие от большинства русских фамилий, образованных от крестьянских прозвищ (Вертун, Вертишейка) или от названий ремёсел, Вертуозов явно происходит от слова «виртуоз». Разница в написании — «е» вместо «и» — не ошибка, а отражение старой орфографической нормы: в XIX веке слово «вертуоз» (через «е») фиксировалось в словарях как вариант произношения, особенно в просторечии и провинции.

Слово «виртуоз» пришло в русский язык из итальянского (virtuoso — «доблестный, искусный») через французское посредничество. В России XVIII–XIX веков так называли не только музыкантов-исполнителей высокого класса, но и любого мастера, достигшего совершенства в своём деле — от токаря до фокусника. Поэтому предок носителя фамилии мог быть не обязательно скрипачом или пианистом. Скорее всего, это прозвище дали человеку, который в своей среде слыл непревзойдённым умельцем: часовщику, резчику по дереву, цирковому артисту.

Суффикс -ов указывает на стандартную модель образования русских фамилий как притяжательных прилагательных: «чей?» — Вертуозов, то есть «сын Вертуоза». Семья получила фамилию по отцу, который носил прозвище Вертуоз. В крестьянской среде до отмены крепостного права такие «высокие» прозвища были редкостью — они скорее характерны для мещан, купцов или дворовых людей, имевших дело с искусством и ремёслами.

В отличие от фамилий Вертунов или Вертячих, где корень связан с движением (вертеться), Вертуозов стоит особняком. Это чисто оценочное прозвище, без намёка на внешность или поведение. Поскольку фамилия нечастотна, её география не привязана к одному региону — носители встречаются разрозненно, чаще в городах центральной России и Поволжья, что подтверждает её «городское» происхождение.

Странное на первый взгляд сочетание русского суффикса с итальянским корнем — не аномалия, а характерная черта фамилий, возникших в эпоху, когда русское общество активно осваивало европейскую культуру. Вертуозов — фамилия-комплимент, которую дали не за происхождение, а за личное мастерство.