Фамилия Мартовоая — один из тех редких случаев, когда орфография может запутать. На первый взгляд она похожа на притяжательное прилагательное от имени Март (как Мартов — сын Марта), но окончание «-оая» вместо привычного «-ая» или «-ская» выбивается из нормы. Скорее всего, перед нами не исконная форма, а результат искажения при записи в документах: фамилию могли записать на слух, и «Мартовая» превратилась в «Мартовоая» из-за неверного прочтения или описки. В русской ономастике суффикс «-ов» плюс окончание «-ая» — стандартная модель для женской формы фамилии (ср. Иванова, Петрова), а двойное «о» в окончании — ошибка, закрепившаяся в паспорте.

Если отбросить опечатку, основа фамилии восходит к имени или прозвищу Март. В дохристианской Руси так могли назвать ребёнка, родившегося в марте — по месяцу, как и фамилии Июньский, Августов. Но есть и вторая версия: Март — это сокращённая форма крестильного имени Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», богу войны). В народе имя упрощали до Мартын, Март, а от него пошла фамилия Мартов. Географически фамилия Мартов (и её производные) чаще встречается в центральных и южных областях России, где имя Мартин было популярно среди крестьян и мещан.

Таким образом, Мартовоая — почти наверняка женская форма от мужской фамилии Мартов, но с графическим дефектом. Носительница такой фамилии могла унаследовать её от предка, которого в документах записали небрежно, и исправлять ошибку уже не стали. С точки зрения словообразования, единственная необычная деталь здесь — само написание, которое делает фамилию уникальной, но не меняет её корневого смысла: предок был либо Мартом (по месяцу рождения), либо сыном Мартина.