Фамилия Мартосова — женская форма фамилии Мартосов, и её разбор стоит начать с мужского варианта. В основе лежит имя или прозвище Мартос, а суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования: «чей?» — сын Мартоса, потомок Мартоса. Сама фамилия довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности.

Самый вероятный корень — греческое имя Мартос, которое является краткой формой от Мартин (Мартын) или, реже, от Марк. В греческой традиции Мартос — это самостоятельное имя, означающее «посвящённый Марсу» или «воинственный». В русской среде такие имена могли попасть через церковные святцы (святой Мартин) или через южнославянское и греческое влияние, особенно в среде духовенства и купечества. Таким образом, первый Мартосов — это, скорее всего, сын человека по имени Мартос.

Вторая, менее очевидная версия — связь с украинским или южнорусским словом «мартос» (или «мартус»). В некоторых говорах так называли мартовского зайца или человека, родившегося в марте. Однако эта гипотеза слабее, так как слово «мартос» в значении «заяц» — узкорегиональное и не дало массовых прозвищ. Правдоподобнее всё же видеть в основе личное имя.

С точки зрения географии, фамилия Мартосов (и Мартосова) встречается в основном в центральных и южных регионах России, а также на Украине. В дворянских родословных книгах она не зафиксирована, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение. Фамилия не получила широкого распространения, и её носители, вероятно, происходят из одной или нескольких локальных ветвей.

Интересная деталь: фамилия Мартосов может быть ошибочно принята за производную от известного скульптора Ивана Мартоса (автора памятника Минину и Пожарскому). Но его фамилия — польского происхождения (от имени Мартин), и к русским Мартосовым она прямого отношения не имеет. Это просто случайное созвучие, которое, однако, иногда вводит в заблуждение при поверхностном поиске.