Фамилия Мархбейн звучит для русского уха непривычно, и это неслучайно: она почти наверняка имеет не славянское, а немецкое или еврейское (ашкеназское) происхождение. В отличие от массовых русских фамилий на -ов/-ев, эта фамилия является сложным словом, типичным для немецкой ономастики.

Разложим её на составные части. Первая часть — «Марх» (March). В немецком языке это слово может означать либо «март» (месяц), либо «граница», «пограничная область» (ср. Mark, откуда и «маркграф»). Вторая часть — «бейн» (Bein), что переводится как «нога». Таким образом, буквальное значение фамилии — «мартовская нога» или «пограничная нога». Звучит странно, но для немецких фамилий такие прозвища-метафоры обычны.

Самая правдоподобная версия происхождения — прозвище, данное человеку по какой-то характерной особенности. «Мартовская нога» могла относиться к человеку, родившемуся в марте и имевшему, например, хромоту или необычную походку. Вторая версия, менее вероятная, — топонимическая. В немецких землях существуют населенные пункты с корнем March (например, Марх в Баварии), и фамилия могла означать выходца из такого места, у которого была «нога» (то есть дорога или путь) оттуда. Однако суффикса -er (как в March-er) здесь нет, что делает топонимическую версию более слабой.

С точки зрения словообразовательной модели, Мархбейн — типичная «говорящая» немецкая фамилия-композит, где два корня слиты в одно слово. В России такие фамилии встречаются редко и в основном у потомков немецких колонистов, переселившихся в XVIII–XIX веках, или у евреев-ашкеназов, которые нередко получали или выбирали себе фамилии на немецком языке. Сословная принадлежность предков могла быть разной: от ремесленников до крестьян, но точных данных об этом по фамилии Мархбейн нет.

В русском языке фамилия склоняется как существительное мужского рода (Мархбейн, Мархбейна, Мархбейну) и остаётся неизменной у женщин. Встречаются варианты написания: Мархбейн, Мархбайн, Мархбейн — все они отражают попытки передать немецкое произношение кириллицей.