Фамилия Марсова — женская форма фамилии Марсов, и её происхождение чаще всего связывают с именем древнеримского бога Марса. В римской мифологии Марс входил в верховную триаду богов (наряду с Юпитером и Квирином) и считался покровителем плодородия, растительности и дикой природы, а также всего неизвестного и опасного, что лежало за пределами города. Позже за ним закрепилась функция бога войны. Если фамилия образована напрямую от имени этого божества, то в основе лежит модель, по которой имя или прозвище становилось фамильным через притяжательный суффикс -ов. Получается, что Марсов — буквально «сын (или потомок) Марса». Такое имя могли дать в крестьянской или посадской среде, где античные имена иногда использовали как нецерковные, «мирские» прозвища.

Есть и другая, менее вероятная версия, связанная с нарицательным словом «марс». В морском деле марс — это площадка на мачте для наблюдения и работы с парусами. В таком случае прозвище Марс могли дать моряку, который часто работал на этой площадке или отличался хорошим зрением. Однако здесь возникает словообразовательная трудность: от существительного мужского рода «марс» фамилия по правилам должна была бы звучать как Марсов, и эта форма действительно существует. Но если бы прозвище было образовано от женского варианта (например, от имени Марса или от редкого женского прозвища), суффикс -ов был бы неуместен. Поэтому версия с богом Марсом выглядит более правдоподобной: она не требует исключений из правил и хорошо вписывается в традицию давать людям «громкие» имена из античной мифологии.

Стоит учесть, что фамилия Марсова может быть и искусственной, семинарской. В духовных училищах XVIII–XIX веков будущим священникам и их детям нередко давали фамилии по именам античных богов или героев — так появлялись Минервины, Аполлоновы и, возможно, Марсовы. Окончательно определить, к какой из ветвей относится конкретный род, можно только через архивные документы: метрические книги, ревизские сказки или исповедные ведомости. Фамилия достаточно редкая, и её носители могут быть потомками как крестьян, так и духовного сословия, а в отдельных случаях — обрусевших иностранцев.