Фамилия Марфелёв — один из тех случаев, когда имя пришло в фамилию не напрямую от крестильного имени, а через уменьшительно-ласкательную форму, причём довольно редкую. В основе лежит женское имя Марфа (древнееврейское Марта — «госпожа», «хозяйка»). Но в русской традиции от женских имён фамилии образовывали редко, и здесь есть нюанс: Марфелёв — это не «сын Марфы», а скорее «сын Марфелия».

Суффикс -ёв указывает на принадлежность к отцу или главе семьи. Исходное прозвище или некалендарное имя — Марфель. Так в быту могли называть мужчину, который находился под опекой Марфы (например, сына вдовы, приёмного воспитанника или работника при хозяйке Марфе). Вторая версия, более вероятная: Марфель — это просторечная, «домашняя» форма мужского имени Мартирий (редкое греческое имя, означающее «мученик») или Мартин (от Марса — в честь бога войны). В народе эти имена легко переделывали в Марфуша, Марфуня, а затем и в Марфель — по аналогии с женским вариантом. Так что фамилия могла возникнуть и от мужского имени, но записанного через «народную» этимологию.

Географически фамилия Марфелёв встречается в основном в северных и центральных областях России — Вологодская, Архангельская, Костромская, а также в Пермском крае. Это говорит о том, что носители были выходцами из крестьянской или мещанской среды, где подобные «материнские» или «хозяйские» прозвища были распространены. В дворянских родах такая модель практически не встречалась — там предпочитали канонические формы имён.

Словообразовательная модель проста: корень «марф-», суффикс «-ел-» (редкий, уменьшительно-ласкательный, как в «архангел» или «Рафаил», но в бытовом ключе) и окончание «-ёв» (фонетический вариант «-ев» после мягкого согласного). Ударение падает на последний слог: Марфелёв. В старых документах можно встретить написание «Марфелев» (без буквы ё) — это не ошибка, а просто разница в записи, так как ё в XIX веке часто заменяли на е.

Известных исторических деятелей с этой фамилией нет, что типично для фамилий, возникших в крестьянской среде. Но это не делает её менее ценной: Марфелёвы — потомки людей, которых в деревне звали по имени их матери или по прозвищу, связанному с хозяйкой дома. В отличие от массовых фамилий на -ов, эта сохраняет память о конкретном женском имени, что встречается нечасто.