Как так получилось, что люди с одинаковой фамилией не родственники?

Все люди - родственники. Только очень далёкие. :)

Чем больше людей с одинаковой фамилией, тем меньше вероятность того, что они родственники.

Фамилии начали массово распространяться относительно недавно - всего несколько столетий назад. Раньше в них не было особой потребности. Большинство людей прекрасно обходились без них ещё 200 лет назад. Поэтому многие родственники могут иметь разные фамилии.

Важен способ получения фамилии. Кроме наследования это могут быть фамилия супруга, фамилия усыновителя, фамилия господина, фамилия в честь приюта или из головы в случае сирот. На начальном этапе регистрации фамилий многих заставляли выдумывать её.

Разнообразны способы сочинения фамилий:

• это может быть имя или кличка отца или матери (частный случай - отчество);
• профессия или занятие предка;
• название географического пункта (если он небольшой и единственный в своём роде, то обладатели редкой фамилии могут иметь родственные связи);
• название религиозного учреждения;
• фамилия господина;
• полёт фантазии;
• "локализация" (переделка непонятных иностранных имён);
• ошибки при регистрации.
  Кроме того, одинаковые фамилии могут иметь совершенно разное происхождение.