De gripna, en 24-årig kvinna och en 29-årig man, hävdas vara före detta medlemmar av närmast nynazistiska Rysk nationell enighet (RNE).
Markelov och Baburova mördades strax efter att Markelov hållit en presskonferens där han utlovat fortsatt kamp mot benådandet av morddömde översten Jurij Budanov, som hyllats i nationalistkretsar för sin våldsamma krigföring i Tjetjenien.
Markelov hade tidigare också representerat den mördade regimkritiska journalisten Anna Politkovskaja.
Baburova var i sin tur känd för sin bevakning av rasismen och ultranationalismen i Ryssland.
TT