Фамилия Мартьнова — одна из тех, где основа ясна, а вот географическая и социальная привязка может удивить. Вопреки ожиданиям, она не образована от канонического имени Мартин (через «и»), а напрямую связана с просторечной формой Мартья́н — вариантом крестильного имени Мартиниан. В русской традиции это имя давали в честь святого Мартиниана Кесарийского, но в быту оно быстро редуцировалось до Мартьян, Мартья́ха, Мартья́шка. Отсюда и фамилия: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?») — сын или потомок Мартьяна.

Словообразовательная модель здесь редкая: ударение в фамилии падает на второй слог (Марть-я́н-ова), что сохраняет акцент исходного имени. Это отличает её от массовых фамилий на -ин (Мартьин, Мартьиничев) и от более редких Мартыновых. В дореволюционных переписях Мартьяновы часто встречались в южнорусских и центральных губерниях — Тульской, Рязанской, Орловской, где форма Мартьян была особенно распространена. В северных областях (Архангельская, Вологодская) её почти не фиксировали, там преобладал вариант Мартынов.

Есть и вторая, менее вероятная версия: от прозвища Мартья́н, которое могло возникнуть из диалектного глагола «мартья́нить» — «лениться, бездельничать» (в рязанских говорах). Но ономасты, включая Б. Унбегауна, считают такие объяснения натяжкой: прозвищная основа Мартьян почти всегда восходит к имени, а не к глаголу. Тем более что в древнерусских актах XV–XVI веков встречаются реальные люди — Мартьян Фёдоров, крестьянин из новгородских пятин, что подтверждает именную природу.

По сословному составу Мартьяновы были в основном крестьянами и мещанами. В дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована — это типичная «народная» фамилия, возникшая в среде, где имя Мартьян было распространено, но не считалось аристократическим. Писалась она вариативно: в метрических книгах XIX века можно встретить и Мартьянова, и Мартианова, и даже Мартианов — путаница с буквой «ять» и двойным «н» была обычным делом. Современная норма «Мартьнова» с твёрдым знаком и одним «н» закрепилась только после реформы орфографии 1918 года.