Фамилия Мардежова — женская форма, а её основа, мужская фамилия Мардежов, встречается крайне редко. С первого взгляда бросается в глаза необычный корень «мардеж», который не похож ни на типичное русское слово, ни на распространённое тюркское или финно-угорское имя. В русской ономастике такие фамилии часто имеют иноязычное происхождение, но не всегда очевидное.

Скорее всего, в основе лежит прозвище или мирское имя, связанное с диалектным словом «марда» или «мардак». В южнорусских говорах (особенно рязанских и тамбовских) «марда» — это невысокий, коренастый человек, а иногда и просто «малорослый мужик». Суффикс «-еж» в русском языке редок, но встречается в прозвищах, образованных от глаголов (сравните: «крутеж» от «крутить»). Однако «мардеж» могло быть искажённой формой от тюркского «марда» — «смелый», «мужественный» (от арабского «мард» — мужчина), но с добавлением славянского суффикла «-еж» это выглядит как гибрид, что маловероятно для старых фамилий.

Версия с географическим названием тоже имеет право на существование. В Болгарии есть село Мардеж, а в Молдавии — топоним Мардежовка. Носители фамилии могли получить её по месту выхода — «переселенец из Мардежа». Но для русской фамилии более правдоподобно, что Мардежов — это патроним от прозвища Мардеж, которое дали человеку за его внешность или характер.

Словообразовательная модель проста: основа «мардеж» + суффикс «-ов», указывающий на принадлежность («чей?» — сын Мардежа). Фамилия явно не дворянская, скорее крестьянская или мещанская, особенно если учесть её южнорусский или украинский диалектный след. В дореволюционных метриках её можно встретить в Воронежской и Курской губерниях. Сегодня фамилия остаётся редкой, и её носители, скорее всего, потомки одного локального рода, а не широко разошедшейся ветви.