Фамилия Мартышев — одна из тех, что хранит в себе историю личного имени, а заодно и память о народной языковой привычке. В её основе лежит крестильное православное мужское имя Мартин. В переводе с латинского Martinus означает «посвящённый Марсу», то есть «воинственный» — римский бог войны Марс дал имя целому ряду европейских имён, и русская традиция не стала исключением.

Однако в фамилию Мартышев перешла не полная форма имени, а его уменьшительная разговорная версия — Мартыша. Суффикс -ыш- в русской антропонимии часто служил для образования обиходных, домашних форм имён: Гриша, Федя, а в этом случае — Мартыша. Именно от этого прозвищного варианта и возникла фамилия с патронимическим суффиксом -ев, который присоединяется к основам на мягкий согласный или шипящий. Получается цепочка: Мартин → Мартыша → Мартышев, то есть «сын Мартыши», потомок человека, которого в быту звали именно так.

Существует и другая, менее убедительная гипотеза. Слово «мартын» в русских говорах могло означать рыбу (мартын — одна из разновидностей окуня или, по некоторым данным, крупный сиг). Сторонники этой версии предполагают, что прозвище Мартыша могло указывать на род занятий предка — скажем, рыболовство. Но против такого толкования говорит распространённость самого имени Мартин и его производных: гораздо вероятнее, что перед нами типичная «имя-отчество», чем редкое прозвище по промыслу. Тем более что в ономастике известен принцип бритвы Оккама: если фамилия легко объясняется из личного имени, привлекать дополнительные значения без веских оснований не стоит.

Таким образом, основная версия остаётся самой надёжной: фамилия Мартышев образована от разговорной формы канонического имени Мартин. Её носители — потомки тех, кого в семье или в деревне звали ласково или попросту Мартыша. По сути, это фамилия-отчество, каких в русском языке тысячи, но с характерным суффиксом, который сразу выдает её народное, не книжное происхождение.