Фамилия Мартяков образована от прозвища Мартак, которое в «якающих» говорах закрепилось как Мартяк. Привычный суффикс -ов указывает на типичную русскую модель: «чей?» — Мартяков, то есть сын или потомок Мартяка. Основа прозвища неоднозначна, и у этимологов есть как минимум две версии происхождения.

Первая и наиболее вероятная связывает Мартака с чувашским словом «мартак» — хрупкий, ломкий, легко бьющийся. В переносном смысле это слово могло означать непостоянного, капризного человека. Прозвище, скорее всего, давали слабому, хилому человеку или тому, кто отличался переменчивым нравом. Вторая версия опирается на календарную привязку: Мартаком или Мартяком родители могли назвать ребёнка, родившегося в марте. Само название месяца восходит к имени древнеримского бога войны Марса, но в бытовом прозвище эта мифологическая подоплёка, скорее всего, не подразумевалась — имя давали просто по времени года.

Фамилия встречается в основном в Поволжье, что косвенно подтверждает её возможную чувашскую основу: регион исторического смешения русского и тюркского населения. По сословной принадлежности Мартяковы, как и большинство носителей фамилий на -ов, относились к крестьянам или мещанам, но точных данных о конкретных ветвях рода не сохранилось. В написании фамилии возможны варианты с одной «т» — Маряков, но основной, закреплённый в документах, именно Мартяков, с ударением на второй слог.