Фамилия Мартимьянов образована от имени Мартимьян, производной формы крестильного мужского имени Мартин. Оно, в свою очередь, имеет латинское происхождение и в переводе означает «посвященный богу Марсу», «воинственный». Таким образом, потомок человека, обладающего именем Мартимьян, со временем получил фамилию Мартимьянов.