Фамилия Мартинихин образована от женского прозвища Мартиниха, а не напрямую от мужского имени. В русской традиции фамилии на -ихин (как и на -ихин) указывали на принадлежность к хозяйке дома: Мартинихой называли жену или вдову Мартина. Такой способ словообразования — характерная черта северных и некоторых центральных регионов России, где фамилии на -их(а) и -ихин встречаются особенно часто. Основа здесь — имя Мартин, восходящее к латинскому Martinus («посвящённый Марсу», то есть воинственный). Прозвище Мартиниха закреплялось за женщиной, а её дети и потомки получали фамилию Мартинихины — буквально «чьи будете?» — «Мартинихины».

В отличие от более распространённых фамилий на -ов/-ев или -ин, модель на -ихин встречается реже и говорит о более тесной, почти семейно-бытовой связи с конкретным домохозяйством. То есть предок носителя фамилии был не просто сыном Мартина (как в случае с фамилией Мартинов), а сыном Мартинихи — что подчёркивает роль женщины как главы двора в момент закрепления фамильного прозвания. О точном месте возникновения фамилии судить сложно: процесс перехода от прозвища к наследственной фамилии шёл веками, и Мартинихины могли появиться в разных губерниях независимо друг от друга. Но сам тип фамилии выдаёт её «северный» или «вятский» след — именно там фамилии на -ихин бытовали особенно широко.