Фамилия Мармышев образована от прозвища Мармыш. В его основе лежит белорусское слово «мармытаць» — «бормотать, ворчать». Так могли назвать брюзгу или человека с невнятной, тихой речью. Прозвище давали не столько за злобный нрав, сколько за манеру говорить сквозь зубы, себе под нос. Со временем потомки человека с таким прозвищем получили фамилию Мармышев.

Модель образования проста: к основе Мармыш добавили типичный русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Мармышев). Это одна из самых распространённых патронимических моделей, но суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа заканчивалась на мягкий шипящий (ш). Такая форма характерна для фамилий, сложившихся в центральных и северных русских говорах, куда слово могло прийти из белорусского или западнорусского наречия.

Географически фамилия тяготеет к регионам, граничащим с Беларусью: Смоленская, Брянская, Псковская области. Встречается и на Урале, куда переселенцы принесли прозвище в XVII–XVIII веках. В старых документах, например в писцовых книгах, можно найти крестьян Мармышевых в Пошехонском уезде — это подтверждает, что фамилия не была редкой в сельской среде.

Слово «мармыш» имеет и другое значение — в диалектах так называют мелкую рыбёшку, пескаря или бычка. Но эта версия менее правдоподобна: прозвища от названий рыб обычно давали рыбакам или людям с определённой внешностью (например, «ёрш» — за колючий характер), а «мармытаць» точнее описывает поведение. Поэтому связь с глаголом «бормотать» — основная и самая обоснованная.

Фамилия не перешла в дворянское сословие и не попала в известные родословные книги. Мармышевы — это в основном крестьяне и мещане, что типично для прозвищ, образованных от бытовых черт характера.