Фамилия Мартюшов происходит от имени Мартюш — народной, обиходной формы крестильного имени Мартин. В основе лежит латинское Martinus, которое возводят к имени бога войны Марса, отсюда и значения: «посвященный Марсу» или «воинственный». Имя Мартин в старину было распространено на Руси, но в быту его часто переиначивали — так появились Мартюш, Мартюня, Мартя.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: к основе Мартюш- добавили патронимический суффикс -ов, означающий «сын» или «потомок». То есть Мартюшов — буквально «сын Мартюша». Со временем прозвище или отчество закрепилось как наследственная фамилия.

Интересная деталь: в некоторых говорах имя Мартюш могло закрепиться за человеком не только как вариант Мартина, но и как производное от Марка или Мартемьяна. Однако основная версия — связь с Мартином — самая убедительная и подтверждается данными ономастических словарей. Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных регионах России, что говорит о её давнем бытовании в крестьянской и мещанской среде. Сословная принадлежность предков — скорее всего, крестьяне или посадские люди, так как фамилии на -ов именно в этих слоях закрепились раньше и прочнее.