Фамилия Мартышевские (в исходной форме — Мартышевский) относится к типично украинским фамилиям, образованным с помощью суффикса -ский. Этот суффикс в украинской и польской ономастике часто указывал на принадлежность к определенной местности или роду, но в данном случае он присоединен к уменьшительной форме личного имени. Основа фамилии — Мартыша, уменьшительная форма от крестильного имени Мартин (в русской традиции — Мартын). Имя Мартин восходит к латинскому Martinus — «посвященный Марсу», то есть «воинственный». Таким образом, предок носителей этой фамилии, скорее всего, был человеком простого сословия, которого в быту звали уменьшительно — Мартыша, а его потомки получили фамилию по отцу: «чей?» — Мартышевский.

Существует и другая версия, менее убедительная. Согласно ей, в основе фамилии лежит не имя, а прозвище Мартыша, образованное от слова «мартын». В некоторых говорах так называли рыбу (разновидность форели или крупного окуня), и прозвище могло указывать на род занятий — например, на рыбную ловлю. Однако правдоподобнее выглядит первая версия: именная основа встречается в украинской ономастике чаще, чем прозвищная, а форма на -ский типична для фамилий, образованных от личных имен.

Процесс формирования таких фамилий на украинских землях активизировался примерно с XIV века, когда западные и южные славянские территории оказались под влиянием польской модели образования фамилий на -ский, -цкий. Однако окончательно говорить о точном месте и времени возникновения рода Мартышевских можно лишь на основании глубоких генеалогических изысканий — фамилия могла закрепиться в разных регионах в разное время. В любом случае, она сохранила в себе память о предке, которого звали уменьшительным именем Мартыша, и через суффикс -ский указывает на его потомков.