Фамилия Вертяковы образована от прозвища Вертяк, которое восходит к глаголу «вертеть». Словообразовательная модель проста: к основе прозвища Вертяк прибавили типичный русский суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Вертяка). Это одна из самых массовых моделей формирования русских фамилий, особенно в северных и центральных губерниях.

Прозвище Вертяк могли дать человеку по двум основным причинам. Первая — по характеру движений: вертлявому, непоседливому, суетливому. Вторая — по роду занятий. Глагол «вертеть» в народной речи имел много конкретных значений: вертеть жернов (мельник), вертеть веревку (канатчик или веревочник), вертеть сверло (ремесленник). Поэтому не исключено, что первый Вертяк занимался каким-то делом, связанным с вращением, — был мельником, токарем или мастером по изготовлению веревок.

В словарях русских прозвищ и фамилий (например, в работах Б. Унбегауна) фамилии на -як и -ак (Вертяк, Вертяков) встречаются реже, чем на -ун или -ец, что делает эту фамилию интересным ономастическим памятником. Форма Вертяков (а не Вертякин или Вертяцкий) указывает на то, что прозвище закрепилось как родовое имя в эпоху, когда фамилии уже активно передавались по мужской линии, но еще не стали обязательными для всех сословий. О точном месте возникновения фамилии сегодня говорить сложно: процесс фамилизации растянулся на несколько столетий, и единичное прозвище могло возникнуть в любой части России. Однако по географии бытования фамилия Вертяковы встречается в основном в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает связь с ремеслами или крестьянским трудом.

В отличие от многих фамилий, образованных от церковных имен, Вертяковы несут в себе бытовое, живое прозвище — это не «служебная» фамилия, а прямая характеристика предка, которую дали ему соседи.