Фамилия Марсынова — редкий случай, когда женская форма встречается чаще мужской в официальных записях, но объясняется это просто: в основе лежит мужская фамилия Марсынов. Её ядро — имя или прозвище Марсын. Скорее всего, это обиходная форма крестильного имени Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», то есть богу войны). В русской народной традиции имя Мартин переделывали в Мартын, а уменьшительные варианты звучали как Мартыня, Мартынка, Марсыня. От последнего и пошло Марсын — через типичное для диалектов смягчение «т» в «с» (сравните: «Мартын» → «Марсын»). Суффикс -ов в фамилии указывает на принадлежность: «сын Марсына» или «из семьи Марсына».

Другая, менее вероятная версия выводит фамилию из тюркского слова «марс» (в значении «ловкий», «проворный»), но для русского ономастикона такое объяснение единично. Географически фамилия Марсынов встречается в основном в центральных и поволжских регионах России — там, где имя Мартин было распространено среди крестьян и мещан. В документах XVII–XVIII веков могли писать «Марсинов» (через «и»), но современное написание через «ы» закрепилось под влиянием акающих говоров.

Сословно носители фамилии — скорее всего, крестьяне или посадские люди. Дворянских родов с такой фамилией в «Бархатной книге» или губернских родословных нет. В XIX веке Марсыновы могли быть однодворцами (государственными крестьянами на южных рубежах) или ремесленниками. Фамилия не перешла в разряд широко известных — её носители не оставили яркого следа в истории, что типично для большинства русских фамилий, образованных от простых имён.