Фамилия Маремьянов — редкий случай, когда родовое имя образовано не напрямую от крестильного, а через женскую форму. Основа фамилии — женское имя Маремьяна, которое в народном произношении закрепилось как обиходный вариант канонического имени Мариамна (Мариамь). В церковном календаре это имя связано с Мариамной, сестрой апостола Филиппа, но в быту оно звучало проще: Маремьяна, Марьяна, Марьянка. Отсюда и пошла форма Маремьянов — буквально «сын Маремьяны» или «потомок Маремьяны».

Такая модель образования — от женского имени через суффикс -ов — встречается нечасто. Обычно русские фамилии строят от мужских имён (Иванов, Петров), а женские основы указывают на особые обстоятельства: либо мать была вдовой и главой семьи, либо отец был малозначим или неизвестен, либо ребёнок родился вне брака. В случае Маремьяновых не обязательно искать драматичную подоплёку: имя Маремьяна было настолько распространено в северных и центральных губерниях России, что могло закрепиться за целым родом по прозвищу матери или бабушки, особенно если женщина была уважаемой или многодетной.

С точки зрения словообразования фамилия тяготеет к севернорусскому ареалу. В XV–XVII веках на Русском Севере и в Поволжье женские имена нередко становились основами для отчеств и фамилий — это связано с более свободным положением женщин в крестьянских общинах, где хозяйство нередко вела вдова. Встречается и параллельная форма Маремьянин, где суффикс -ин указывает на ту же модель, но с другим окончанием. Обе фамилии однокоренные, и их носители, скорее всего, происходят из общего гнезда.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования описываются как «матримониальные» — от имени матери. Для фамилии Маремьянов эта версия самая правдоподобная, хотя не исключено, что в основе могло лежать прозвище Маремьян — по созвучию с именем, но мужских прозвищ такой формы в исторических документах почти не зафиксировано. Так что Маремьяновы — это чаще всего потомки женщины, которую в округе звали Маремьяна, и её имя перешло в родовое прозвание.