Фамилия Виртенберг — редкий для России случай, когда географическое название перешло в фамилию почти без изменений, в исходном немецком написании. Вопреки интуиции, она не связана с Вюртембергом (исторической областью на юго-западе Германии). Основа здесь — Wittenberg, город в Саксонии-Анхальт, известный как центр Реформации и место деятельности Мартина Лютера. Немецкое Wittenberg (от древневерхненемецкого hwitu «белый» + Berg «гора») означает «белая гора» — по цвету почвы или меловых отложений.

Фамилия образована по типичной немецкой модели: название города + нулевой суффикс. В русском контексте она закрепилась без русификации — без добавления -ов или -ев, что указывает на позднее появление: носители, скорее всего, переселились в Российскую империю уже в XVIII–XIX веках, когда фамилии фиксировались документально. Поскольку Виртенберг — не прозвище и не профессия, а топонимическая фамилия, её получали люди, переехавшие из этого города или имевшие с ним устойчивую связь (например, владения или длительное проживание).

Словообразовательный момент, который часто упускают: написание через «и» (Виртенберг, а не Виттенберг) — результат немецкой диалектной или канцелярской передачи звука. В северных и центральных диалектах Германии начальное «W» в ряде говоров могло озвончаться или редуцироваться, что при записи на слух давало «Вир-». В России эту форму закрепили писцы, не знакомые с тонкостями немецкой орфографии.

Владельцы фамилии в Российской империи — почти исключительно лютеране, часто из числа прибалтийских немцев, петербургских колонистов или поволжских поселенцев. Сословно — мещане, ремесленники, реже пасторы или аптекари. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках не зафиксировано: Виртенберг не попал в «Общий гербовник», что подтверждает его «простонародное» происхождение.

В современной России фамилия встречается единично — по данным открытых телефонных справочников, не более нескольких десятков носителей, в основном в Москве, Санкт-Петербурге и Калининградской области. Учитывая редкость, большинство современных Виртенбергов, вероятно, потомки тех самых немецких переселенцев, а не случайные носители иностранной фамилии.