Фамилия Мартиянцев выделяется необычным для русского слуха сочетанием «ия» и редким суффиксом «-ев». Если отбросить окончание, основа — Мартиянц. Это говорит о том, что перед нами не исконно русская, а адаптированная фамилия, скорее всего, южного или западного происхождения.

Вероятнее всего, в основе лежит имя Мартиан (или Мартьян). В церковном календаре есть несколько святых с таким именем, оно восходит к латинскому Martianus — «принадлежащий Марсу», то есть воинственный. В русских говорах имя часто звучало как Мартьян, отсюда фамилии Мартьянов, Мартьяшин. Но форма Мартиянцев указывает на иной путь: имя Мартиан в польском, украинском или белорусском произношении могло превратиться в Мартиян, а уменьшительное — в Мартиянец. Суффикс «-ец» в таких фамилиях часто обозначал сына или выходца из определённой местности: «Мартиянец» — сын Мартияна.

Далее, попав в русскую среду, фамилию Мартиянец русифицировали, добавив типичный русский патронимический суффикс «-ев». Так и получился Мартиянцев — буквально «сын Мартиянца», то есть внук или потомок Мартияна. Модель образования, при которой к основе на «-ец» приращивают «-ев», встречается нечасто, но она известна: ср. фамилии Корец — Корцев, Чернец — Чернцев.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским областям и бывшим территориям Речи Посполитой. В переписях XIX века Мартиянцевы встречаются среди крестьян и мещан Курской, Харьковской губерний, а также на Кубани, куда переселенцы принесли фамилию с собой. Социальный статус предков был, скорее всего, простым: крестьяне или однодворцы. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

В написании возможна путаница с фамилией Мартинянцев (от армянского Мартинян), но в русских документах устойчиво закрепилась именно форма через «ия». Сегодня Мартиянцев — редкая фамилия, которая хранит память об имени, почти вышедшем из обихода, и о сложном пути, который прошло это имя, прежде чем стать русской фамилией.