Фамилия Мартимянова — женская форма фамилии Мартимянов, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. Суффикс -янов (-анов) указывает на то, что перед нами не просто отчество, а отчество, образованное от имени или прозвища, которое уже само имело суффикс -ян. В русской ономастике -янов — редкий вариант, характерный для южнорусских и, особенно, для украинских и белорусских земель, где суффикс -ян в фамилиях означал «сын такого-то» (как и -енко, -ович). То есть Мартимянов — это «сын Мартимяна», а Мартимян — это, в свою очередь, форма имени Мартин.

Мартин — древнеримское имя, восходящее к латинскому Martinus, что значит «посвящённый Марсу» (Марс — бог войны). В православной традиции имя вошло через святого Мартина Исповедника, папу Римского, и святого Мартина Милостивого. Однако на Руси имя Мартин не было столь популярно, как, скажем, Иван или Пётр. Чаще оно бытовало в простонародной, «обрусевшей» форме — Мартьян, Мартимьян. Отсюда и пошла основа: полное имя Мартимьян (или Мартимиан) дало прозвище Мартимян, а уж от него — фамилия Мартимянов.

Стоит обратить внимание на чередование: в основе мог быть и вариант Мартемьян (через «е»). В старых документах (например, в переписных книгах XVII века) встречаются и Мартемьяновы, и Мартимяновы — это однокоренные фамилии, различающиеся только произношением. Более того, фамилия Мартимянов может быть связана и с именем Мартьян (от Мартиниан), что делает её «двоюродной» по отношению к более распространённой Мартьянов.

Таким образом, предок носительницы фамилии Мартимянова — скорее всего, крестьянин или посадский человек из южных или западных регионов России (а также из современной Украины или Белоруссии), которого в быту звали Мартимян, то есть уменьшительно-просторечной формой церковного имени Мартин. Фамилия редкая, её географическое ядро смещено к югу — в Курской, Воронежской, Ростовской областях. Встречается она и у старообрядцев, которые нередко сохраняли архаичные формы имён.