Фамилия Артемонова — женская форма от Артемонов, и её ключ к происхождению лежит в полном, книжном имени Артемон. В святцах это имя соседствует с более привычным Артемием, но в народе закрепилось краткое Артём. Артемон же звучало официально, и именно его зафиксировала фамилия по модели «Артемонов сын». Суффикс -ов в XVI–XVII веках честно указывал на принадлежность к роду: «из семьи Артемона».

Само имя давали в честь священномученика Артемона III века, и в документах того времени оно встречается не только у духовенства, но и у крестьян с посадскими. В некоторых говорах фамилию записывали через «я» — Артемянов, что выдаёт местное аканье или особенности произношения. Но основной вариант на -ов устойчиво закрепился в центральных губерниях, особенно в Поволжье и на юге России.

Социальный состав носителей был пёстрым. В переписных книгах XVII века Артемоновы — это крестьяне и однодворцы (Курская, Воронежская губернии). В XIX веке фамилия проникла в купеческую среду, но дворянской так и не стала: её носители оставались в мещанском и крестьянском сословии. Артемонова — не просто вариант фамилии, а языковой реликт: она сохранила полную форму имени, которую к XIX веку в быту почти вытеснило краткое Артём.