Фамилия Мартыновская принадлежит к распространённому типу русских фамилий, образованных от полных форм крестильных имён. В её основе лежит имя Мартын — народная, обиходная форма канонического мужского имени Мартин. Это имя имеет древние латинские корни: оно происходит от слова «мартинус», что означает «воинственный» или «подобный Марсу» (Марс в римской мифологии — бог войны). Таким образом, значение фамилии отсылает к воинскому, мужественному характеру её первоносителя.

Модель образования фамилии — через суффикс -овск-/-евск- — типична для фамилий, возникших в среде духовенства и дворянства, а также в западнорусских землях, находившихся под влиянием польской ономастики. Суффикс -ский изначально указывал на принадлежность к местности или роду: Мартыновский — это либо «сын Мартына», либо выходец из населённого пункта с названием вроде Мартыново или Мартыновка. Такие фамилии часто закреплялись за семьями священнослужителей при окончании семинарии, где ученикам давали фамилию по имени отца или по названию родного села.

Несмотря на «княжеское» звучание суффикса, социальное происхождение большинства носителей фамилии Мартыновская было скромным. Скорее всего, основатель рода был выходцем из рабочей или крестьянской среды, а сама фамилия закрепилась за его потомками уже после отмены крепостного права, в XIX веке, когда крестьянам массово присваивали фамилии по имени отца. В этом случае Мартыновский означает просто «принадлежащий Мартыну», то есть потомок человека по имени Мартын.

Среди известных обладателей фамилии — Мартыновский Владимир Сергеевич, учёный, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Украины. Его пример показывает, что фамилия, вышедшая из народной среды, сегодня может принадлежать людям самых разных профессий и сословий.

В написании фамилии встречается вариант с одной буквой «с» — Мартыновский, что связано с упрощением суффикса в устной речи и при записи в документах. Оба варианта являются корректными, хотя форма с двумя «с» (Мартыновский) считается более архаичной и книжной.