Фамилия Артимонова — редкий случай, когда женская форма может рассказать о происхождении больше, чем мужская. Основа фамилии — имя или прозвище Артимон. Скорее всего, это народная, разговорная форма церковного имени Артемий (в переводе с греческого — «невредимый, здоровый»). В русских говорах имя Артемий нередко упрощали до Артём, Артюха, Артимон — последний вариант как раз и лёг в основу фамилии.

Суффикс -ов указывает на типичную модель русских фамилий: «чей?» — Артимонов, то есть сын или потомок Артимона. Женская форма Артимонова закрепилась за женой или дочерью носителя мужской фамилии. Интересно, что фамилия могла возникнуть и от прозвища Артимон, которое давали человеку с крепким здоровьем или, наоборот, в ироничном смысле — тому, кто часто болел, но выживал.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России, где имя Артемий было особенно популярно. Встречается она нечасто, что говорит о локальном, возможно, крестьянском происхождении: в среде духовенства или дворянства такие формы почти не фиксировались. По сравнению с однокоренными Артемов, Артюхов, Артемьев — Артимонова стоит особняком, сохранив более архаичную и редкую основу.

В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках носители фамилии, скорее всего, записаны как крестьяне или мещане. Современные носительницы фамилии могут с уверенностью связывать её с именем Артемий, но с оговоркой: предок звался не просто Артёмом, а именно Артимоном — что звучит как уменьшительно-ласкательная, почти сказочная форма.