Фамилия Артюмакова — женская форма от Артюмаков, и её происхождение напрямую связано с разговорной версией крестильного имени Артемий. В основе лежит прозвище Артюмак, которое образовали от просторечных форм Артюха или Артюша с помощью суффикса -ак. В русских прозвищах этот суффикс придавал оттенок уменьшительности или указывал на принадлежность: Гром — Громак, Косой — Косяк. Соответственно, Артюмак — это либо «маленький Артюма», либо, что вероятнее, «сын Артюмы», то есть потомок человека по имени Артемий.

Модель образования фамилии типична для русского родового именования: прозвище на -ак (Артюмак) плюс патронимический суффикс -ов. Буквально это означает «из рода Артюмаковых». Суффикс -ак в фамилиях встречается реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин, и чаще фиксируется в южнорусских и украинских говорах, а также в среде служилых людей. Поэтому носители фамилии могли происходить из регионов, где такие словообразовательные модели были распространены, — например, из Рязанской, Тамбовской или Курской губерний.

Первые письменные упоминания фамилии относятся к XVI–XVII векам. В «Ономастиконе» С. Б. Веселовского есть запись: «Артюмаков Борис, 1564 г., Кашира». Это говорит о том, что уже в середине XVI века фамилия бытовала среди детей боярских и служилых людей по прибору. Владелец фамилии мог быть мелкопоместным дворянином или казаком, нёсшим сторожевую службу на южных рубежах Московского государства.

Современная география фамилии не слишком широка, но устойчива. Наибольшая концентрация носителей — в Волгоградской и Ростовской областях, а также в Краснодарском крае. Это косвенно подтверждает версию о южнорусских корнях: предки Артюмаковых, вероятно, были переселенцами из центральных чернозёмных областей или казаками. Разговорные варианты фамилии в старых документах могли писаться через «о» — Артюмаков, но ударение в любом случае падает на третий слог: Артюма́ков. Встречается также ошибочное написание с одной «к» (Артюмаков) — это следствие того, что суффикс -ак в основе фамилии не всегда осознаётся как самостоятельная часть.