Фамилия Мартышёнок — редкий пример восточнославянской фамилии, образованной с помощью уменьшительно-ласкательного суффикса -ёнок. Этот суффикс в белорусской, украинской и западнорусской традиции указывал на «младшего»: сына, ученика или молодое существо. В отличие от стандартных русских фамилий на -ов/-ев, модель на -ёнок (как и -онок) сохранила прямой отсыл к родству: Мартышёнок буквально значит «сын Мартыша» или «маленький Мартыш».

Основа фамилии — прозвище или некалендарное имя Мартыш. Здесь два возможных корня, и спор между ними решается в пользу более прозаичного. Первая версия, самая очевидная, но не самая вероятная: от названия обезьяны — мартышки. Прозвища по животным на Руси давали, но обычно за внешнее сходство или поведение. Однако вторая версия убедительнее: Мартыш — это народная форма крестильного имени Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). В русских говорах имя Мартин часто превращалось в Мартын, а от него легко образовывались ласкательные формы Мартыш, Мартыша, Мартышка. Так что предок носителя фамилии, скорее всего, был сыном человека по имени Мартын (Мартин), которого в быту звали Мартыш.

Географически фамилия тяготеет к северо-западу: Беларусь, западные области России (Псковщина, Смоленщина) и, возможно, Украина. Суффикс -ёнок особенно характерен для белорусской ономастики, где фамилии вроде Ковалёнок, Гончарёнок — массовое явление. В отличие от них, Мартышёнок остался единичным, не «фамильным» вариантом — то есть не перешёл в разряд массовых, как Иванов или Смирнов.

Интересная деталь: если бы фамилия писалась через «о» — Мартышонок — она бы почти наверняка указывала на южнорусское или украинское происхождение (там суффикс -онок встречается чаще). Вариант с «ё» — Мартышёнок — выдает более северную, белорусскую или псковскую диалектную норму произношения. В документах XIX века такую фамилию могли записывать по-разному, и написание с «ё» закрепилось, вероятно, случайно, под влиянием местного говора.

Социальный статус первых носителей, скорее всего, крестьянский или мещанский. Фамилии на -ёнок в основной массе принадлежали непривилегированным слоям — в дворянской среде предпочитали модели на -ов или -ский. Так что предки Мартышёнок были простыми людьми, возможно, выходцами из одной деревни, где прозвище Мартыш закрепилось за целым родом.