Фамилия Мартиросова — одна из тех, где в основе лежит не прозвище или ремесло, а личное имя, причём с глубоким религиозным смыслом. Её образовали от армянского мужского имени Мартирос. В переводе на русский язык это имя означает «мученик», а более точно — «подавляемый, убиваемый». Такое значение прямо отсылает к христианской традиции почитания мучеников за веру: имя Мартирос (армянский вариант греческого Мартириос) давали в честь святого, пострадавшего за Христа.

Фамилия Мартиросова — это вариант по материнской линии или женская форма. Мужская форма — Мартиросов. Она построена по русской словообразовательной модели: к основе имени добавили типичный русский суффикс -ов (в женском роде — -а). Это не армянский патронимический суффикс (-ян, -янц), а именно русский, что говорит об адаптации фамилии в русскоязычной среде. Такая модель характерна для фамилий, которые возникли у армян, живших на территории Российской империи или в тесном контакте с русским населением.

В армянской традиции фамилия (азганун) буквально означает «имя клана» и указывает на принадлежность к определённому роду. Учитывая, что имя Мартирос было широко распространено, фамилия Мартиросова могла возникнуть в разных регионах независимо друг от друга. Процесс формирования фамилий был длительным, поэтому точно определить место и время появления конкретного рода Мартиросовых можно только на основании глубоких генеалогических исследований — архивных записей, метрических книг и ревизских сказок.