Фамилия Мармутов — редкий случай, когда прозвище, скорее всего, происходит не от внешности или характера, а от конкретного ремесла или социального статуса. В основе лежит слово «мармут» — это заимствование из польского языка (marmur, marmurek), означающее «мрамор» или «изделие из мрамора». С большой вероятностью, предок носителя этой фамилии был камнетёсом, резчиком по камню или скульптором, работавшим с мрамором. В русских говорах слово могло трансформироваться: «мармур» → «мармут», как это часто бывает при заимствовании через устную речь.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий по отчеству: Мармутов — сын Мармута. То есть прозвище Мармут получил сам мастер, а его дети уже стали Мармутовыми. Фамилия могла возникнуть там, где в XVIII–XIX веках были развиты каменные промыслы или стояли крупные храмы, нуждавшиеся в мраморной отделке, — например, на Урале или в южнорусских губерниях, куда приглашали мастеров из Польши и Италии.

Более спорная версия связывает фамилию с тюркским корнем «мармут» — так в некоторых диалектах называли сурка или байбака. Но эта гипотеза слабая: прозвища от названий животных в русских фамилиях давали обычно по сходству с повадками или внешностью, а «мармут» для сурка — слово слишком редкое и локальное, в отличие от широко распространённого «мрамор» в ремесленной среде.

Географически фамилия встречается преимущественно на юге России и в восточной Украине — в зоне контакта с польским и украинским языковым влиянием. Встречается вариант Мармутов-Мраморный, но это уже искусственное облагораживание фамилии в советское время. В целом, Мармутов — одна из тех редких фамилий, которая прямо указывает на профессию предка, причём на профессию не крестьянскую, а скорее городскую или мастеровую, связанную с искусством и строительством.