Фамилия Артемонов устроена не так, как большинство русских фамилий на -ов. Обычный способ — взять имя отца и добавить суффикс -ов: Артём → Артёмов. Здесь же основа не Артём, а Артемон — народная, разговорная форма церковного имени Артемий. Получается, что Артемонов буквально значит «сын Артемона».

Само имя Артемий восходит к греческому «артемес» — «невредимый, здоровый». Этот корень дал целое гнездо фамилий: Артемьев, Артёмов, Артемичев, и среди них Артемонов — самая редкая. Если в старых документах встречается Артемьев или Артёмов, это обычное дело, а вот Артемонов — уже своеобразный маркер.

Суффикс -онов здесь ключевая деталь. Он характерен для северных и центральных областей России, где в XVI–XVII веках патронимические формы на -он (вроде Артемон, Елистрат вместо Евстрат) были распространены шире, чем на юге. В говорах «Артемон» могло быть не только именем, но и прозвищем для человека с крепким здоровьем или упрямым характером — от того же корня «невредимый».

По происхождению фамилия не привязана к одному сословию. Артемоновыми могли быть и крестьяне, и посадские люди, и священники. В писцовых книгах XVII века встречаются записи о крестьянине Артемонове в Вологодском уезде и о посадском человеке в Архангельске. Концентрация фамилии заметна в бывших новгородских и двинских землях — там дольше сохраняли архаичные словообразовательные модели.