Фамилия Артемий — редкий случай, когда в основе лежит не прозвище и не профессия, а полное каноническое имя. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, образованных от уменьшительных форм (Артёмов, Артюхин, Артёмкин), фамилия Артемий сохранила исходную, церковную форму имени без усечения или суффиксации. По сути, это застывшее имя в роли фамилии — явление нехарактерное для крестьянской среды, но встречавшееся у духовенства и, реже, в купеческих родах.

Модель образования здесь предельно проста: фамилия не получила типового суффикса (-ов, -ин, -ский), а перешла в разряд фамилий напрямую. Такое могли себе позволить либо в среде, где имя само по себе звучало достаточно «весомо» (священники, монахи), либо при позднем оформлении фамилий, когда канцелярия записала человека по имени-отчеству без изменений. Есть версия, что фамилия Артемий могла возникнуть из польского или украинского контекста, где бессуффиксные фамилии от имён встречаются чаще (например, польские фамилии типа Stanisław, Wojciech). Однако в русской традиции это скорее семинарский след: выпускникам духовных училищ нередко давали фамилии по именам святых, иногда в чистом виде.

Имя Артемий — древнегреческого происхождения, от Artemios, что значит «посвящённый Артемиде», то есть богине охоты и луны. В христианский календарь оно вошло через святого великомученика Артемия Антиохийского. Таким образом, носитель фамилии Артемий, скорее всего, происходит от человека, которого при крещении назвали в честь этого святого, но запись фамилии закрепила не форму Артём, а полное церковное имя.

Географически фамилия крайне редкая и не имеет выраженного «гнезда». По данным современных телефонных справочников и баз, единичные носители встречаются в Москве, Санкт-Петербурге и на юге России, что косвенно подтверждает её искусственное, а не народное происхождение. Сословно, если не считать случайных описок, предки могли быть либо священнослужителями, либо выходцами из мещан, получившими фамилию при переписи уже в XIX веке. В любом случае, это фамилия-исключение, стоящая особняком от массовых Артёмовых и Артюховых.