Фамилия Мартинихин образована по прозвищу Мартиниха. В русской традиции так называли жену мужчины по имени Мартин. Устойчивая модель «имя мужа + -иха» давала прозвище его супруге, а дети впоследствии получали фамилию с суффиксом -ин: Мартинихин, то есть «чей?» — сын Мартинихи, внук Мартинихи.

Само имя Мартин восходит к латинскому Martius — «посвящённый Марсу». В римской мифологии Марс был богом войны, поэтому имя нередко толкуют как «воинственный». В древнерусском быту имя Мартин (уменьшительные формы — Мартя, Мартиша) встречалось нередко, особенно в среде крестьян и посадских людей. Его носили и святые, и простые ремесленники, так что социальное происхождение фамилии могло быть разным.

Фамилия Мартинихин — сравнительно редкая. Её ареал тяготеет к северным и центральным областям России, где модель «-ихин» была продуктивнее, чем на юге. Встречаются варианты написания с одной «н» — Мартинихин, что связано с упрощением в устной речи.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Мартинов, Мартынов и Мартиновский образованы напрямую от имени, минуя женское прозвище. Мартинихин же стоит особняком: он фиксирует не самого Мартина, а его домохозяйство, что выдаёт более тесную, почти деревенскую систему именования. Такая фамилия могла закрепиться за детьми вдовы или за семьёй, где главой в глазах соседей оставалась мать.