Фамилия Марталог — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Если отбросить первые приходящие на ум ассоциации с «мартом» или «маршалом», становится ясно, что корень здесь иной. Наиболее правдоподобная версия связывает фамилию с профессиональным прозвищем Мартало́г — так в южных и западных регионах Российской империи, особенно на территориях современной Украины и Беларуси, называли торговца или перекупщика скота. Слово происходит от итальянского marcialloco или польского marchołt, что в обоих случаях означало «гуртовщик», «оптовый торговец». В польском языке marchołt имело также уничижительный оттенок — «грубый, неотёсанный человек», что могло закрепиться как прозвище.

Модель образования проста: основа «марталог» (или её диалектный вариант «мархолт») плюс нулевой суффикс, то есть фамилия перешла в неизменном виде из прозвища. Такое оформление характерно для украинских и белорусских фамилий, где не было обязательного добавления -ов/-ев или -ин, как в великорусской традиции. Сравните с однокоренными фамилиями Мархоленко, Мархолюк, Мархоткин — они встречаются чаще и подтверждают ту же основу.

Версия о происхождении от греческого «мартиролог» (список мучеников) маловероятна — слишком сложное книжное слово для бытового прозвища, и фамилий с таким корнем в русской ономастике не зафиксировано. Не стоит искать в фамилии следы «марта»: ударение в исходном слове падало на последний слог — Мартало́г, что исключает связь с названием месяца.

Географически фамилия Марталог тяготеет к западу России и к Украине. В дореволюционных метрических книгах единичные носители встречаются в Подольской и Волынской губерниях. Сословная принадлежность, скорее всего, мещанская или крестьянская — прозвище указывает на занятие, а не на знатное происхождение. Со временем фамилия могла исказиться: в документах встречаются варианты «Мартолог» и «Марталак», но исходная форма сохранилась именно как Марталог — без изменений, что делает её легко узнаваемой среди похожих фамилий скотоводческого круга.