Фамилия Мартимянов — один из тех случаев, когда изначальное имя, лёгшее в основу, не бросается в глаза, хотя лежит на поверхности. Корень здесь — Мартимьян, народная форма церковного имени Мартиниан (от латинского Martinianus, «принадлежащий Мартину», то есть «воинственный»). В русской традиции такие имена часто упрощались: Мартиниан превращался в Мартемьяна, а затем и в Мартимьяна. Фамилия образована по стандартной патронимической модели: от имени Мартимьян с помощью суффикса -ов, который указывает на принадлежность («сын Мартимьяна»). То есть Мартимянов — это потомок человека по имени Мартимьян.

Интересна здесь не столько основа, сколько суффиксальный ряд. Если бы фамилия образовалась от полной церковной формы Мартиниан, мы бы получили Мартинианов или Мартиньянов — более редкие и книжные варианты. Но народная форма Мартимьян дала более живой, бытовой звук. В ономастической литературе (например, у Б. Унбегауна) такие случаи разбираются как типичный пример «обмирщения» церковного имени в фамилии: крестьяне или посадские люди записывали имя так, как слышали в обиходе, а не так, как в святцах. Поэтому Мартимянов — фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, и географически она тяготеет к регионам, где было сильно влияние северных и центральных русских говоров, где «я» вместо «е» в таких именах встречалось часто.

Есть ещё одна версия, но она менее вероятна: связь с диалектным словом «мартын» (в некоторых говорах — прозвище для человека с хитрым или бойким нравом). Однако под суффикс -янов это слово ложится плохо, а вот имя Мартимьян — идеально. Так что основная версия — от крестильного имени. Споров среди ономастов по этой фамилии практически нет: все сходятся на том, что перед нами патроним от Мартимьяна. Носители фамилии — это потомки человека, которого в документах XVII–XVIII веков могли записать как Мартимьян Иванов сын, а его дети уже пошли как Мартимяновы. Фамилия редкая, нечастотная, что делает её хорошим маркером для тех, кто ищет свои корни в конкретной местности — скорее всего, в бывших владениях Ростово-Суздальской земли или в Поволжье.