Фамилия Мартиненкова — это женская форма фамилии Мартиненков, а та, в свою очередь, представляет собой отчество второго порядка, то есть указывает на потомка через поколение. Если разобрать цепочку, то исходное личное имя — Мартин, от него образовано отчество Мартиненко («сын Мартина»), а от него — фамилия Мартиненков («внук Мартина»). Женский вариант Мартиненкова, соответственно, означает «дочь (или жена) Мартиненко».

Имя Мартин пришло на Русь вместе с христианством из латыни: оно восходит к римскому родовому имени Martinus, что значит «посвящённый Марсу» или, в более широком смысле, «воинственный». Марс в римской мифологии — бог войны, поэтому имя несло оттенок силы и мужества. На русской почве имя прижилось в формах Мартин и Мартын, откуда пошли десятки фамилий: Мартынов, Мартин, Мартыненко, Мартынкин и, конечно, Мартиненков.

Особенность фамилии Мартиненкова — в суффиксе -енк-. В русской ономастике этот суффикс типичен для украинской и южнорусской традиции: он образует патронимы (отчества-прозвища) со значением «маленький», «сын». На территориях современной Украины и прилегающих областей России (Белгородчина, Курщина, Воронежье) фамилии на -енко и их русифицированные формы на -енков — одни из самых распространённых. Мартиненков и Мартиненкова, скорее всего, родом именно оттуда.

Споров вокруг основы фамилии нет: все версии сходятся к имени Мартин. Редкие альтернативные гипотезы (например, связь с латинским martinus как «морской» или с польским marten — «куница») не выдерживают критики — ни по фонетике, ни по словообразовательной модели они не объясняют появления суффикса -енк-.

В документах фамилия встречается с XVII века: в реестрах казацкой старшины и среди крестьян Черниговщины и Полтавщины попадаются Мартиненки. После отмены крепостного права часть носителей переселилась в Сибирь и на Дальний Восток, поэтому сейчас Мартиненковы живут не только на юге России, но и в Забайкалье, Приморье и даже в Казахстане.