Фамилия Мартышонок — яркий пример того, как по суффиксу можно почти безошибочно определить географию её появления. В отличие от распространённых по всей России фамилий на -ов и -ин, фамилии на -онок характерны для западнорусских и белорусских земель, а также для восточных областей Украины. Суффикс -онок (варианты -ёнок, -онок) в этих краях играл роль уменьшительную и одновременно «сыновью»: он указывал на младшего члена семьи, ребёнка. Мартышонок — буквально «маленький Мартын» или «сын Мартына».

В основе фамилии лежит крестильное имя Мартын (церковная форма — Мартин), восходящее к латинскому Martinus — «посвящённый Марсу», то есть воинственный. Имя было широко распространено в крестьянской и мещанской среде, особенно в западных губерниях Российской империи. Оно дало множество производных фамилий: Мартынов, Мартыненко, Мартынчик, Мартынюк. Фамилия Мартышонок стоит в этом ряду особняком: она не великорусская и не украинская, а скорее белорусская или псковско-смоленская, где суффикс -онок был нормой для обозначения потомства.

В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «ё» — Мартышонок, что отражало произношение. Встречается также вариант Мартышёнок, но в современном русском языке закрепилась форма без «ё». Носители фамилии — это, скорее всего, потомки крестьян или однодворцев из северо-западных уездов (Витебская, Могилёвская, Смоленская губернии). Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано: суффикс -онок в официальных родословных книгах почти не встречался, оставаясь маркером простонародного происхождения.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Мартышонок звучит архаичнее, чем привычный Мартынов. В ней слышится не просто указание на отца, а именно на его малолетнего сына — так в деревне могли сказать о мальчишке: «А это Мартышонок бегает». Со временем прозвище закрепилось и перешло в фамилию, потеряв уменьшительный оттенок. Сегодня она редка, но её форма сразу выдаёт региональные корни и социальную среду, в которой она возникла.