Фамилия Мартиросян — одна из самых распространённых армянских фамилий, и её значение напрямую связано с христианской традицией. В её основе лежит армянское мужское имя Мартирос (Մարտիրոս), которое восходит к греческому «мартирос» (μάρτυς) — «свидетель», а в церковном контексте — «мученик», то есть тот, кто засвидетельствовал веру страданиями. В буквальном переводе с армянского имя иногда трактуют как «подавляемый, убиваемый», но основное значение — «мученик» или «страстотерпец».

Фамилию образовали с помощью патронимического суффикса -ян, который в армянском языке выполняет ту же роль, что русские -ов/-ев или -ин: указывает на принадлежность к роду. Мартиросян буквально значит «из рода Мартироса» или «сын Мартироса». Это типичная модель для армянских фамилий, сложившихся в основном в XIX веке, когда фамилии стали закрепляться наследственно.

Имя Мартирос в Армении давали в честь святых мучеников, поэтому предки носителей фамилии, скорее всего, были людьми верующими, и имя ребёнку выбирали по церковному календарю. Никакой связи с ремеслом или сословием здесь нет — фамилия чисто патронимическая, и встречается она по всей Армении и в диаспоре.

Стоит отметить, что в русском языке фамилию часто склоняют по мужскому роду (Мартиросяна, Мартиросяну), хотя по правилам армянские фамилии на -ян в русском контексте традиционно не склоняются, если речь о женщине. В самой Армении фамилия пишется как Մարտիրոսյան, а вариант Мартиросян — это устоявшаяся русская передача. Среди однокоренных фамилий можно назвать Мартиросянц (с более старым суффиксом -янц, указывающим на знатное происхождение) и просто Мартиросов — русифицированную форму, которая встречается у армян, живших в России.