Фамилия Мармолюков — редкий случай, когда основа настолько неочевидна, что вызывает несколько конкурирующих версий, и ни одна из них не лежит на поверхности. Суффикс -ов указывает на стандартную модель русской патронимической фамилии: «чей?» — Мармолюков, то есть сын или потомок человека по прозвищу Мармолюк. Вопрос в том, что скрывается за этим прозвищем.

Самая прямая, хотя и не самая очевидная версия — связь с диалектным словом «мармолюк» или «мармылюк». В южнорусских и украинских говорах так могли называть неуклюжего, медлительного человека, увальня. Слово родственно глаголу «мармылить» — говорить невнятно, бормотать, или «мармыгать» — жевать, чавкать. Прозвище Мармолюк в таком случае давали либо человеку с нечёткой речью, либо тому, кто делал всё медленно и тяжело. Суффикс -юк характерен для украинской и белорусской ономастики, что указывает на возможное западнорусское или малороссийское происхождение фамилии.

Вторая версия выводит корень из тюркских языков. В них есть основа «мармалак» или «мармулак» — круглый, шарообразный предмет, катышек. Если прозвище возникло в среде, где контактировали русские и тюркские народы (например, в казачьих областях или на южных границах), то Мармолюком могли назвать человека приземистого, плотного, круглолицего. Эта гипотеза менее популярна, но лингвистически возможна: заимствования из тюркских языков в русские фамилии — явление обычное.

Наконец, существует и бытовая версия, которую приводят некоторые носители фамилии: от названия птицы «мармолюк» (вариант — «мармолёт»). Однако ни в орнитологических справочниках, ни в словаре Даля такого слова нет. Скорее всего, это народная этимология, возникшая из желания сделать фамилию «благороднее» — связать её с природой, а не с бормотанием или неуклюжестью.

Фамилия Мармолюков — штучная. Она не встречается в списках массовых дворянских родов и не фиксируется в ранних боярских книгах. Это фамилия крестьянская или мещанская, возникшая не в столицах, а в глубинке. Судя по географическому распространению (единичные записи в южных областях России и на востоке Украины), её носители — потомки выходцев из Черниговской, Полтавской или Харьковской губерний. Прозвище дали предку, и оно закрепилось как фамильное имя, сохранив через века память о его внешности, характере или манере говорить.