Фамилия Вертьянов ведёт происхождение от дохристианского мордовского имени Вертьян. В основе этого имени, скорее всего, лежит нарицательное «вертун» — так говорили о непоседе, егозе, вертлявом человеке. Соответственно, имя Вертьян могли дать подвижному, беспокойному, баловливому ребёнку. Такая модель образования имён по чертам характера была широко распространена в мордовском именнике: например, имя Кежай означало «злой» (от кежей), а Паруш — «хороший» (от паро).

Есть и другая версия. Фамилия могла быть связана с топонимом — деревней Вертьяново в Нижегородской области. Этот населённый пункт, ныне вошедший в состав села Дивеево, получил название от имени первопоселенца Вертьян. В таком случае предок Вертьяновых либо родился в этой деревне, либо долгое время там жил, а фамилия закрепилась за ним по месту жительства.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: «чей?» — Вертьянов, то есть потомок человека по имени Вертьян. Точное значение мордовского имени до конца не установлено, но обе гипотезы — и прозвищная, и топонимическая — выглядят правдоподобно и не противоречат друг другу.