Фамилия Мартасов — одна из тех, где разбор начинается не с корня, а с суффикса, который не даёт покоя этимологам. Формально она построена по классической патронимической модели: основа + суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Мартаса). Но вот само имя Мартас — штука нечастая. В святцах его нет, в крестильные имена оно не входило. Значит, перед нами либо прозвище, либо адаптация иностранного имени.

Самая вероятная версия — связь с греческим именем Марта, Марфа (от арамейского «марта» — госпожа, хозяйка). В русской народной традиции это имя нередко видоизменялось: Марфа, Марфуша, а в некоторых говорах — Мартас. Если так, то Мартасов — это «сын Марты», то есть фамилия, образованная от женского имени. Такое случалось, когда мать играла ключевую роль в семье (вдова, кормилица) или когда имя отца было неблагозвучным. В ономастике это называют метронимическими фамилиями — их меньше, чем отчеств от мужских имён, но они устойчивы. Б. Унбегау в «Русских фамилиях» отмечал, что подобные образования встречаются в северных и центральных губерниях.

Вторая версия, менее популярная, но имеющая право на существование, — прозвище Мартас от диалектного глагола «мартать» (в некоторых говорах — пачкать, марать). Тогда Мартасов — потомок человека, который либо работал с грязью, сажей (печник, трубочист), либо получил прозвище за неряшливость. Однако эта гипотеза слабее: глагол узкорегиональный, а фамилия встречается шире, чем можно было бы ожидать от такого корня.

Географически фамилия Мартасов не привязана к одной области — её носители встречаются от Поволжья до Сибири, что говорит о позднем закреплении, скорее всего, не ранее XVII–XVIII веков. В ревизских сказках и переписях она почти не мелькает, что типично для фамилий, образованных от редких имён или прозвищ.

По сословной принадлежности предки Мартасовых — скорее всего, крестьяне или мещане. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках нет, а значит, в основе лежит не боярское, а бытовое имя. Если держаться метронимической версии, то в роду могла быть сильная женщина, чьё имя перевесило отчество — деталь, которая нечасто встречается в истории русских фамилий.