Фамилия Мартюшовы образована от имени Мартюш — просторечной, обиходной формы канонического крестильного имени Мартин. Само имя Мартин пришло из латыни: оно восходит к имени римского бога войны Марса, и его смысловой перевод — «воинственный», «посвященный Марсу». На русской почве имя быстро обрастало уменьшительными и разговорными вариантами: Мартын, Мартя, Мартюк, Мартюш. Именно от последнего, Мартюш, и пошла фамилия.

Модель образования здесь — типичная для русских фамилий XIV–XVII веков. Суффикс -ов указывает на принадлежность: Мартюшов буквально значит «сын Мартюша» или «потомок Мартюша». Со временем это притяжательное прилагательное закрепилось как наследственное родовое имя. Интересно, что в говорах и бытовой записи фамилию могли писать через «ы» на конце (Мартюшовы), когда говорили о целой семье или династии, хотя в единственном числе документально чаще фиксировалась форма Мартюшов.

Среди известных носителей — Сергей Иванович Мартюшов, профессор, Заслуженный врач Российской Федерации. Это указывает на то, что фамилия бытовала не только в крестьянской или мещанской среде, но и в среде образованной интеллигенции. О точном месте и времени её возникновения говорить сложно: процесс становления русских фамилий растянулся на несколько столетий, и подобные «патронимические» фамилии на -ов могли независимо появиться в разных регионах, везде, где было распространено имя Мартин. По сути, фамилия Мартюшовы — живой след древней традиции называть человека по отцу, а не по роду занятий или месту жительства.