Фамилия Артамонников образована от имени Артемон, которое восходит к древнегреческому «Артемидор» — «дар Артемиды». Замена «е» на «а» в первом слоге — характерная черта акающих говоров, распространённых в центральных и южных областях России. Именно там, скорее всего, и закрепилась эта форма имени, а затем и фамилии.

Словообразовательная модель здесь простая и показательная: суффикс -ов- (в форме -ников) указывает на принадлежность. Артамонников буквально значит «сын Артамона» или «потомок Артамона». Двойной суффикс -ник-ов встречается реже, чем одиночный -ов- или -ин, и часто указывает на профессиональную или прозвищную основу, но в данном случае он присоединился к уже готовому отчеству Артамонов — так что фамилия могла возникнуть как вторая ступень наследования.

Интересно, что имя Артемон в крестьянской среде было нередким, но в дворянских родословных почти не встречается. Это позволяет предположить: носители фамилии Артамонников происходят из среды вольных или крепостных крестьян, возможно, из регионов с устойчивым аканьем — Рязанской, Тамбовской, Воронежской губерний. Там фамилии на -ников нередко фиксировались в переписных книгах XVII–XVIII веков.

Однокоренные фамилии — Артамонов, Артамонцев, Артамонихин — показывают, как одна и та же основа обрастала разными суффиксами в зависимости от говора и местной традиции. Артамонников среди них — самая редкая и «длинная» форма, что делает её ценной для генеалогии: чем сложнее суффикс, тем уже круг носителей и точнее географическая привязка.

В написании фамилии возможна вариативность: в дореволюционных документах встречается и Артамонников, и Артамоников (с одним «н»). Оба варианта — результат колебаний в письменной фиксации, а не разные фамилии.