Фамилию Мартыросян носят в основном армяне, и её происхождение прозрачнее, чем может показаться на первый взгляд. В основе лежит личное имя Мартырос — армянская форма имени Мануил, которое восходит к древнееврейскому «Иммануэль», то есть «с нами Бог». В армянской традиции имя Мартырос получило дополнительное осмысление через созвучие со словом «мартирос» (мученик), что придало ему христианский оттенок: так называли в честь святых, пострадавших за веру.

Суффикс -ян (в старой орфографии -янц) — один из самых распространённых в армянской антропонимии. Он указывает на принадлежность к роду: Мартыросян буквально означает «из рода Мартыроса» или «потомок Мартыроса». Такая модель образования фамилий у армян сложилась в основном в XIX веке, когда фамилии стали фиксироваться официально, но в быту патронимы на -ян существовали и раньше.

Географически фамилия распространена по всей Армении, но особенно часто встречается в исторических областях Западной Армении (ныне территория Турции) — в регионах Васпуракан, Тарон и Харберд. После геноцида 1915 года многие носители фамилии расселились по всему миру, так что сегодня Мартыросянов можно встретить в России, США, Франции, Ливане и Аргентине.

Интересная деталь: в русских документах XIX — начала XX века фамилию иногда записывали как Мартыросьянц или Мартыросянц. Окончание -янц (с ц на конце) — это старая форма родительного падежа, которая в самой Армении со временем упростилась до -ян, но в диаспоре, особенно у армян, живших в Российской империи, эта архаичная форма могла сохраняться дольше. Сейчас вариант с -ц встречается редко, но он выдаёт старую запись.

Никакой другой, неармянской этимологии у фамилии нет. Попытки связать её с русским словом «мартышка» или фамилией Мартынов — ошибочны: это чисто армянский патроним, и его корень лежит в христианском имени, а не в зоологии или славянских прозвищах.