Фамилия Мартиненков — отчество второго порядка, то есть «внучье» имя. Если раскрыть цепочку: Мартин → его сын получил прозвание Мартиненко (по украинской модели на -енко, означающей «маленький» или «сын»), а уже сын этого Мартиненко стал Мартиненковым. По сути, Мартиненков — это «сын Мартиненко» или «внук Мартина». Такая модель характерна для южнорусских и украинских регионов, откуда фамилия, скорее всего, и пошла на север и восток, обрастая русским суффиксом -ов.

Основа фамилии — мужское имя Мартин, которое пришло на Русь с христианством из латинского языка. Латинское Martinus означает «посвященный Марсу» или, в переносном смысле, «воинственный». В святцах имя закрепилось в форме Мартин, хотя в народе бытовали и варианты вроде Мартын. От последнего пошли фамилии Мартынов, Мартыненко, Мартынкин — более частые и известные. Мартиненков стоит в том же гнезде, но с более редкой огласовкой: с ударным «и», а не «ы».

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает понять географию. Фамилии Мартынов, Мартыненко встречаются повсеместно, а Мартиненков — вариант, который мог закрепиться в конкретном роду из-за особенностей местного говора или записи в документах. В некоторых областях России имя Мартин произносили с мягким «и», и это отразилось в фамилии. Встречаемость Мартиненкова ниже, чем у Мартынова, что делает её более локальной и, возможно, связанной с одной ветвью рода.

Таким образом, носитель фамилии Мартиненков — потомок человека по имени Мартин, причем не прямой сын, а внук или правнук, что указывает на довольно давнее закрепление фамилии (ориентировочно не позднее XVII–XVIII века, когда отчества на -енко активно превращались в фамилии). Никакой другой, не связанной с именем, версии происхождения у этой фамилии нет — корень прозрачен, а суффиксальная модель типична для восточнославянского имясловия.