Фамилия Мартяхина — женская форма фамилии Мартахин, которая в свою очередь образована от имени или прозвища Мартяха. Основа здесь — каноническое крестильное имя Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). В русской народной традиции это имя часто преобразовывали в уменьшительно-обиходные формы: Мартя, Мартяша, Мартяха. Суффикс -ах- (-ях-) в таких случаях придавал имени оттенок просторечной ласки или, наоборот, шутливой грубоватости, как в именах Петряха, Гриняха.

Главная особенность фамилии — суффикс -ин, указывающий на принадлежность: Мартяхина буквально означает «дочь (или жена) Мартяхи». Такая модель типична для северных и центральных регионов России, где отчества и фамилии на -ин широко распространены. В южных и восточных областях чаще встречались бы варианты на -ов (Мартяхов), но они закрепились реже.

Стоит отметить, что фамилия могла возникнуть и в среде старообрядцев: имя Мартин у них было в ходу, а уменьшительные формы с суффиксом -ах- нередко встречаются именно в старопоморских говорах. В этом случае Мартяха — не просто домашнее имя, а свидетельство принадлежности к определённой конфессиональной группе.

Встречаются и редкие варианты написания — Мартяхин, но с ударением на второй слог (Мартя́хин), а не на первый (Ма́ртахин). Последнее, кстати, могло бы указывать на происхождение от имени Март (сокращённая форма от Мартын, Мартемьян), но для фамилии Мартяхина более вероятна связь именно с Мартином.

Таким образом, предок носительницы этой фамилии был человеком по имени Мартин, которого в быту звали Мартяха. Фамилия недвусмысленно указывает на его личное имя, а не на занятие или место жительства, и закрепилась в тех краях, где была распространена «притяжательная» модель на -ин.