Фамилия Мартыхова — женская форма, а мужская — Марты́хов. В её основе лежит имя или прозвище Мартых, которое в русском языке встречается редко и неоднозначно. Самое прямое объяснение: Мартых — это народная, разговорная форма крестильного имени Мартын (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). В русских говорах имя Мартын нередко сокращали до Марты́ха или Марты́х, а далее по модели «Мартых + -ов» возникла фамилия. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын Мартыха» или «из семьи Мартыха».

Есть и другая версия, менее вероятная, но любопытная. В некоторых южнорусских и украинских говорах «марты́ха» означало обезьяну (от польского małpa через диалектное искажение). Прозвище Мартых могли дать человеку за внешнее сходство с обезьяной, подвижность или кривлянье. Однако для фамилии Мартыхова эта версия слабее: прозвища от названий животных обычно образовывались через суффикс -ин (Марты́хин), а не -ов. Форма Мартыхов тяготеет скорее к патронимическому типу, где основа — личное имя.

Географически фамилия Мартыхова встречается в основном в центральных и южных областях России, а также на Украине. Она редкая, не входит в списки массовых русских фамилий. По сословной принадлежности предки Мартыховых могли быть крестьянами или мещанами — фамилии на -ов в этой среде были типичны с XVII–XVIII веков.

В написании возможна путаница с фамилией Мартынова (от Мартын) или Марты́хин (от того же корня, но с другим суффиксом). Мартыхова стоит особняком: ударение падает на второй слог (Марты́хова), что отличает её от омонимичных форм с ударением на первый слог — таких практически нет. Если вы встретили эту фамилию в старых документах, стоит проверить, не записана ли она через «о» (Мартыхова) или «а» (Мартихова) — в метриках могли путать буквы из-за акающего произношения.