Фамилия Мартычев образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от краткой формы крестильного имени через суффикс принадлежности -ев. Основа здесь — Мартыч, уменьшительно-разговорный вариант имени Мартын (церковное Мартин, от латинского Martinus — «посвящённый Марсу»). Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа оканчивается на шипящий или мягкий согласный: Мартыч. Это типичная патронимическая фамилия, то есть «сын Мартыча».

Имя Мартын в дореволюционной России было нередким, особенно в среде крестьян и мещан. Его популярность подогревалась почитанием святителя Мартина Турского, одного из самых почитаемых святых в христианском мире. Соответственно, и производные фамилии — Мартынов, Мартынцев, Мартынович — встречаются часто. Мартычев стоит в этом ряду особняком: если Мартынов — прямой патроним от полного имени, то Мартычев — от уменьшительной формы, что указывает на более обиходное, домашнее прозвище отца.

Географически фамилия Мартычев тяготеет к северным и центральным регионам России. В переписных книгах и ревизских сказках XVII–XVIII веков носители этой фамилии фиксируются в Архангельской, Вологодской и Костромской губерниях. На юге и в Сибири она встречается реже. Такое распределение неслучайно: именно в этих краях имя Мартын и его производные дольше сохранялись в быту, не вытесненные модой на греческие имена.

Интересная деталь: фамилия Мартычев не «застыла» в одном написании. В старых документах можно встретить вариант Мартычов — с буквой «о» под ударением после шипящего (это отражает реальное произношение). Позднее, при стандартизации фамилий в советское время, закрепилось написание через «е», как в большинстве патронимов на -ев. Поэтому, если в семейных архивах попадается старый вариант, это не ошибка, а историческая норма.

В отличие от, скажем, фамилии Мартынов, которая могла принадлежать и дворянам (достаточно вспомнить художника Мартынова), Мартычев — фамилия преимущественно крестьянская и мещанская. Суффикс -ычев/-ичев часто указывает на более «низовое» происхождение, на бытовое прозвище, а не на официальное имя. Это не делает её менее интересной: за ней стоит реальный человек — Мартыч, живший четыре-пять веков назад, чьи дети и внуки стали Мартычевыми.