Фамилия Марттынов — редкое орфографическое ответвление от гораздо более распространённой фамилии Мартынов. Разница в написании всего одна буква — двойное «т» вместо одного — но именно она и представляет главный интерес для этимолога.

Основа фамилии — каноническое мужское имя Мартин (от латинского Martius — «посвящённый Марсу», то есть «воинственный», «марсов»). В русской православной традиции имя бытовало в формах Мартин и Мартын, а в народном произношении часто закреплялся вариант с «ы»: Мартын. От него через стандартную патронимическую модель (чьих будешь? — Мартынов) и образовалась массовая фамилия Мартынов.

Форма Марттынов возникает, скорее всего, из-за двух механизмов. Первый — гиперкоррекция: носитель или писарь, зная, что в некоторых фамилиях двойные согласные «благороднее» (ср. Геннадиев вместо Генадиев), механически удвоил «т». Второй — влияние западноевропейского написания Martin (с двумя «t» в некоторых языках, например, во французском или английском вариантах фамилии). В XIX веке, когда дворянские и купеческие роды нередко русифицировали иностранные фамилии, мог произойти и обратный процесс: носитель немецкой или французской фамилии Martin (Мартен) адаптировал её под русский суффикс -ов, сохранив двойное «т» как память об исходном написании.

Таким образом, Марттынов — не самостоятельная фамилия с особым корнем, а вариант-дублет. По сословному составу её носители вряд ли отличались от Мартыновых: это могли быть крестьяне, мещане, духовенство (имя Мартин почитается в православии) и изредка дворяне. Встречаемость фамилии крайне низкая; она фиксируется в основном в центральных и южных губерниях России, где имя Мартын было особенно популярно, но в массовых переписях почти всегда вытеснялась стандартным написанием с одной «т».